浅析钢结构的稳定性设计研究.doc

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1、浅析钢结构的稳定性设计研究中石化洛阳工程有限公司河南洛阳471003【摘要】钢结构拥有极强的抗震性与稳定性，但在其设计过程中的一个关键性问题在于其结构的稳定性，若设计不合理导致钢结构出现失稳问题,将会在很大程度上影响钢结构工程的质量安全。实际上有太多的事故案例都是由于钢结构设计缺陷导致其失稳所致，因此我们必须重视这一问题。木文探讨了钢结构失稳的分类、钢结构稳定性设计的基本原则，结合工程设计实践谈谈对钢结构稳定性设计的体会。【关键词】钢结构稳定性设计失稳由于钢结构设计过程中所存在的缺陷，因此，导致钢结构出现失稳，使人的牛命和财产安全受到威胁

2、。目前，随着高层建筑量的增加，作为钢结构工程设计的重要内容之一，越来越多的设计者对钢结构稳定性的考虑将更为突出。例如：位于加拿大的一座大桥在施工过程中由于受到悬臂受压下弦失稳，导致9000t的钢结构全部掉入河中，造成75人遇难。由此可以得知，造成钢结构失稳的主要原因是因为其钢结构稳定性设计的不合理而造成，为了能够避免事故的发牛，合理进行稳定性设计是关键。1钢结构稳定设计的基木概念钢结构稳定设计的概念钢结构稳定设计主要是指在钢结构受到外界干扰的情况下能否恢复到最初的平衡状态。在这种情况下，钢结构失稳是指结构构件逐渐从原始的平衡位置转移到另一

3、个平衡位置的状态。在这种情况的影响下，如果在钢结构设计过程中出现了强度不足或失稳的问题，在某种程度上都对相应的结构造成了破坏。但在实际针对钢结构稳定设计时，强度和稳定的概念并不是完全相同的。1.2钢结构稳定性的分析方法在分析和计算钢结构的稳定性时，是建立在外部负载作用导致结构变形的基础上。外部负载作用和钢结构的失稳都是非线性的，所以，钢结构稳定性分析是几何非线性分析问题。不管是“屈曲”或者“极限”，通过对钢结构或者构件的稳定承载力计算可以当作稳定承载力。2结构失稳类型钢结构的失稳现象是丰富多彩、多种多样的，但是就其性质而言，可以分为以下三

4、类。2.1平衡分岔失稳完善的（即无缺陷的、挺直的）轴心受压构件和完善的在中面内受压的平板的失稳都属于平衡分岔失稳问题。属于这一类的还有理想的受弯构件以及受压的圆柱壳等的失稳。平衡分岔失稳还分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳两种。2.1.1稳定分岔失稳按照结构稳定性分析理论，结构在达到临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限临近的屈曲平衡位形，即由直杆而出现微弯。此后，变形的进一步增大，要求荷载增加。直杆轴心受压和平板在中面受压，都属于这种情况。板的屈曲后强度比较显著，在工程设计中往往可以利用。2.1.2不稳定分岔失稳结构屈曲后只能在远比临界

5、荷载低的条件下才能维持平衡位形。属于这种情况的有承受轴向荷载的圆柱壳和承受均匀外布压力的外球壳，钢结构常用的缀条柱和圆柱壳很相似。薄壁型钢方管压杆也在一定条件下表现出类似特性。这种屈曲也叫做“有限干扰屈曲”，因为在有限干扰下，在达到分岔屈曲荷载前就可能由未屈曲平衡位形转到非临近的屈曲平衡位形。2.2跨越失稳如图1所示两端较接较平坦的拱结构,在均布荷载作用下突然有挠度w,其荷载挠度曲线也有稳定的上升段0A,但是到达曲线的最高点A后会突然跳跃到一个非临近的具有很大变形的C点，拱结构顷刻下垂。在荷载一一挠度曲线上,虚线AB是不稳定的，BC段虽然

6、是稳定的而且一直是上升的，但是因为结构已经破坏，故不能被利用。与A点对应的荷载坦拱的临界荷载。这种失稳现象称为跨越失稳，它既无平衡分岔点，又无极值点，但和不稳定分岔失稳又有某些相似的现象，都在丧失稳定平衡之后又跳跃到另一个稳定平衡状态。扁壳和扁平的网壳结构也可能发牛跨越失稳。3稳定计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

7、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。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

8、小干扰使其发牛振动，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