第3章 钢结构的可能破坏形式.ppt

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1、主讲：蔡勇中南大学土木建筑学院建筑工程系钢结构基本原理主要内容：结构的整体失稳破坏结构的局部失稳、截面的分类结构的塑性破坏、内力塑性重分布结构的疲劳破坏、损伤累积破坏和脆性断裂破坏重点：结构的整体失稳、局部失稳结构的塑性破坏、内力重分布结构的疲劳破坏第3章钢结构的可能破坏模式§3.1结构的整体失稳破坏§3.2结构和构件的局部失稳、截面分类§3.3结构的塑性破坏、应(内)力重分布§3.4结构的疲劳破坏§3.5结构的损伤累积破坏§3.6结构的脆性断裂破坏第3章钢结构的可能破坏模式§3.1结构的整体失稳破坏3.1.1关于稳定的概念3.1.2

2、失稳的类别3.1.3结构稳定分析的原则3.1.4钢构件的整体稳定3.1.1关于稳定的概念结构整体失稳破坏：作用在结构上的外荷载尚未达到按强度计算得到的结构破坏荷载时，结构已不能承担并产生较大的变形，整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。3.1.1关于稳定的概念稳定性的定义：结构在荷载作用下处于平衡位置，微小外界扰动使其偏离平衡位置，若外界扰动除去后：仍能回复到初始平衡位置——稳定的不能回复到初始平衡位置，且偏离越来越远——不稳定的不能回复到初始平衡位置，但停留在新的平衡位置——临界状态(随遇平衡)强度问题是应力问题；稳定问题是要找出作用与

3、结构内部抵抗力之间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，属于变形问题。3.1.2失稳的类别1.欧拉屈曲（第一类失稳、分枝型失稳）——屈曲荷载或欧拉临界荷载在临界状态前，结构保持初始平衡位置，在达到临界状态(屈曲)时，结构从初始的平衡位置过渡到无限临近的新平衡位置，平衡状态出现分岔。如：理想的轴压直杆的屈曲。分枝型失稳原始平衡临界平衡※失稳的类别※2.极值型失稳（第二类失稳、压溃）——失稳极限荷载或压溃荷载没有平衡分岔现象，结构变形随荷载的增加而增加，直到结构不能承受增加的外荷载。如：压弯杆件的失稳。极值型失稳压弯杆件※失稳的类别

4、※3.屈曲后极值型失稳——屈曲后强度开始有平衡分岔现象，但屈曲后并不立即破坏，有较显著的屈曲后强度，能继续承载，直到极值型失稳。如：薄壁构件中的受压翼缘板、腹板。屈曲后极值型失稳※失稳的类别※4.有限干扰型失稳（不稳定分岔屈曲）与屈曲后极限型失稳相反，结构屈曲后承载力迅速下降，若结构有初始缺陷时将不会出现屈曲现象而直接进入承载力较低的极值型失稳。如：承受轴向荷载圆柱壳的失稳。有限干扰型失稳均匀受压圆柱壳※失稳的类别※5.跳跃型失稳结构由初始平衡位置突然跳到另一个平衡位置，在跳跃过程中出现很大的位移。如：承受横向均布压力的球形扁壳。跳跃

5、型失稳均布荷载作用下的坦拱3.1.3结构稳定分析的原则(2)材料非线性的影响：弹性→弹塑性→稳定的双非线性分析(3)结构和构件的初始缺陷：包括构件的初弯曲、初偏心、几何偏心以及残余应力等。(1)几何非线性的影响：①位移和转角均较小，但考虑结构变形对外力效应的影响—二阶分析，如钢构件、框架及钢拱的整体稳定分析；②转角较小但考虑大位移，钢框架同时考虑构件和结构的整体稳定分析；③大位移大转角的非线性分析，如网壳结构的稳定、板件的屈曲后强度分析。3.1.4钢构件的整体稳定轴压构件：弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳受弯构件：弯扭失稳压弯构件：截面单

6、轴对称——弯曲失稳(弯矩作用平面内)弯扭失稳(弯矩作用平面外)截面双轴对称——弯扭失稳(弯矩作用平面内、外)框架和拱：弯曲失稳(框架或拱平面内)弯扭失稳(框架或拱作用平面外)§3.2结构和构件的局部失稳、截面分类3.2.1局部失稳的概念3.2.2局部与整体相关稳定3.2.3截面的分类问题在保持整体稳定的条件下，结构中的局部构件或构件中的板件已不能承受外荷载而失去稳定。受压板件的失稳是屈曲后极值失稳，板件屈曲后仍有较大的承载能力进入屈曲后强度阶段。局部失稳后仍有屈曲后强度的结构和构件，虽能继续承载，但其整体失稳时的极限承载力将受到局部失

7、稳而降低。3.2.2局部与整体相关稳定3.2.1局部失稳的概念ABCDEFGbABCDEFOP3.2.3截面的分类问题局部失稳的屈曲荷载与板件的宽厚比有关。按宽厚比分为四类：第1类：宽厚比最小，即使受弯形成塑性铰并发生塑性转动时，仍不会局部失稳——塑性设计截面(特厚实截面)第2类：受弯形成塑性铰但不发生塑性转动时，仍不会局部失稳——弹塑性设计截面(厚实截面)第3类：受弯并当边缘纤维达到屈服点时，板件不会局部失稳——弹性设计截面(非厚实截面)第4类：受弯时局部失稳，应利用屈曲后强度进行设计——超屈曲设计截面(纤细截面或薄柔截面)§3.3

8、结构的塑性破坏、应(内)力重分布3.3.1结构的塑性破坏3.3.2应力塑性重分布3.3.3内力塑性重分布3.3.1结构的塑性破坏受拉构件破坏过程：在杆系结构中，结构的强度破坏都由受拉或受弯构件的强度破坏所引起，受压构件一