探析钢结构设计中的稳定性问题.doc

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1、探析钢结构设计中的稳定性问题【摘要】改革开放之后，我国各行各业都发展迅速，建筑领域在国民经济发展中的地位陆续提高，就现阶段而言，工程建筑已经成为了社会发展的重要动力，保障工程结构的稳定性具有重要意义。耳前钢结构建筑的应用越來越多，如何做好钢结构的稳定性分析，成为了钢结构设计中的主要问题，一旦钢结构稳定性分析出现偏差，将会为整个工程留下风险隐患，因此探讨钢结构稳定性分析十分必要。【关键词】建筑工程；钢结构；稳定性1•建筑工程中钢结构的优点建筑钢结构的优点主要表现在施工、使用功能以及设计等方面，将钢结构引入建筑工程中的优势在于：1）弥补了传统结构的不足，分割方便

2、,并人人提高了使用率；2）钢结构在建筑使用中需耍一些新型材料，如轻质墙板等，这些材料本身为绿色材料，有利于缓解能源紧缺的现状；3）钢结构多使用国家标准型号的型钢，这就易于实现技术的集成化，并大大增加住宅的技术水平与使用功能；4）钢材本身的工业化程度高，同时又是一种可再生材料，所以满足环保、节能的要求；5）与其他建筑体系相比，钢结构体系质量较轻，综合效益高。2.当前钢结构稳定设计屮存在的问题2.1强度与稳定的区别。强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度,因此是一个应力问题。极限强度的取值取决丁材料

3、的特性，对混凝土等脆性材料，可取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱屮增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。2.2目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正，主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。2

4、.3在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与周部稳定的关联性。2.4预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。2.5钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，冃前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。2.钢结构稳定性计

5、算方法结构稳定问题的分析方法都是针对着在外荷载作用下结构存在变形的条件下进行的，此变形应该与所研究结构或构件失稳时出现的变形相对应。总体上来说，稳定问题的计算方法有以下三种。3.1能量法。如果结构承受着保守力，可以根据有了变形的结构的受力条件建立总的势能，总的势能是结构的应变能和外力势能两项之和。如果结构处在平衡状态，那么总势能必有驻值。根据势能驻值原理，先由总势能对于位移的一阶变分为零，可得到平衡方程，再由平衡方程求解分岔屈曲荷载。根据小变形理论，能量法一般只能获得屈曲荷载的近似解；但是，如果事先能够了解屈曲后的变形形式，采用此变形形式作计算可以得到精确解

6、。稳定平衡时总势能最小的原理称为最小势能原理。当总势能具有最小值时，它的二阶微分是正值，平衡状态是稳定的。这就是说，用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理可以判断屈曲后平衡的稳定性。3.2动力法。处于平衡状态的结构体系，如果施加微小干扰使其发生振动，这时结构的变形和振动加速度都和已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限值时，加速度和变形的方向相反，因此干扰撤去以后，运动趋于静止，结构的平衡状态是稳定的；当荷载大于极限值时，加速度和变形的方向相同，即使将干扰撤去，运动仍是发散的，因此结构的平衡状态是不稳定的：临界状态的荷载即为结构的屈曲荷

7、载,可由结构振动频率为零的条件解得。动力法属于结构动力稳定问题。3.3平衡法。中性平衡法或静力平衡法，简称平衡法，是求解结构稳定极限荷载的最基本的方法。对于有平衡分岔点的弹性稳定问题，在分岔点附近存在着两个极为临近的平衡状态，一个是原结构的平衡状态，一个是已经有了微小变形的结构的平衡状态。平衡法是根据已产生了微小变形后结构的受力条件建立平衡方程而后求解的。如果得到的符合平衡方程的解有不止一个，那么其中具有最小值的一个才是该结构的分岔屈曲荷载。平衡法只能求解屈曲荷载，但不能判断结构平衡状态的稳定性。尽管如此,由于常常只需要得到结构的屈曲荷载，所以经常采用平衡法

8、。在许多情况下，采用平衡法可以获得精确解。2.钢结构