钢结构稳定问题解析

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钢结构设计中稳定性分析

钢结构设计中稳定性分析
图 3 钢 结 构 失 稳 的 类 型
进行强柱弱梁的设计时需要进行 弹塑性 的分析和计算 。 设计
3 钢结 构稳 定 性设 计 的原则
考虑 到前面所论述 的钢结构稳定性 问题 , 在具体 的钢结 构设计 中 , 主要从 三个方 面来保证 钢结构 的稳定性 , 确 保在
使 用 过 程 中不 会 因失 稳 而 破 坏 。
非 常常见 。 斜 柱与垂直 构件 相比 , 由于其倾角非常的明显 , 因
导致 加速度 与变形 的方 向相反 , 此 时干扰撤去 , 运 动则会趋
于静 止 , 因此结构 的平衡状 态是稳定 的 ; 但 当 荷 载 大 于 极 限
此 这在设计 过程 中也要求对 建筑构件 的剪力进 行更加 严格
4 . 2平 衡 法
平荷载才为零 。但 在实际 的生活环境 中, 周围都会存在不 同
程度 的风荷 载 ,风荷 载会在水 平方 向上对建筑产 生荷载效 应, 影 响结构 的稳定性 。由此 可以看 出 , 设计人员事先需要根 据 当地 环境下存 在 的风 荷载进行 钢结构水 平荷载 系数 的计

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第 1 1 期( 总第 1 7 5 期)
地基 工程 ■
5 施工 难点 处理
5 . 1卡(埋)钻的预防及 处理 技术 经常检查钻头直径, 磨耗不 超过 1 . 5 e a; r 准备备用钻头 , 对 磨好 的钻头及 时补焊 ;更换新 钻头先 用小 冲程 冲击一段 时
的计算分析 。在国内 , 建筑设计人员在进行钢结构的设 计时 , 为 了简便计 算 , 常常将 垂直构件 简化为柱子 进行处理 , 对应
荷载时 , 加速度和变形 的方 向相 同 , 此时 即使将干扰撤去 , 运

钢结构建筑的稳定性分析

钢结构建筑的稳定性分析

钢结构建筑的稳定性分析随着现代建筑技术的发展,钢结构建筑在世界范围内逐渐得到广泛应用。

与传统的混凝土结构相比,钢结构建筑具有重量轻、强度高、施工速度快等优势。

然而,在设计和施工过程中,钢结构建筑的稳定性问题是一个需要特别关注的重点。

首先,要针对钢结构建筑的稳定性进行分析,我们需要了解结构的受力特点。

钢结构建筑通常由构件和节点组成。

构件包括梁、柱、悬臂梁等,而节点则是构件的连接部分。

在设计过程中,需要通过计算和模拟等方法确定合适的构件尺寸和节点连接方式。

为了保证钢结构建筑的稳定性,首先需要考虑其整体受力行为。

钢结构建筑的整体稳定性主要来自于构件的抗弯刚度和抗侧移能力。

其中,抗弯刚度是指构件在承受外力时抵抗弯曲的能力,而抗侧移能力则是指构件在受到侧向力作用时不发生严重位移的能力。

在实际设计中,常常采用有限元分析等方法来进行钢结构建筑的稳定性评估。

有限元分析能够对结构进行三维模拟,考虑各种载荷情况下的受力行为。

通过这种分析方法,可以得到有效的结构响应,进而确定合适的结构参数。

此外,钢结构建筑的稳定性还需要考虑临界稳定性问题。

临界稳定性是指结构在受到极限载荷时,发生局部屈曲或整体失稳的能力。

为了保证结构的临界稳定性,设计者需要在抗侧移和抗弯刚度之间找到合适的平衡点。

通常,为了提高结构的临界稳定性,会在关键部位加强节点连接和构件强度。

总而言之,钢结构建筑的稳定性分析是一个复杂而重要的问题。

设计者需要通过合理的计算和模拟方法,确定结构的抗弯刚度和抗侧移能力,并保证其临界稳定性。

只有在稳定性得到充分保证的情况下,钢结构建筑才能够安全可靠地使用。

虽然钢结构建筑在设计和施工中需要更加复杂严谨的考量,但其所具备的优势使得其在现代建筑领域有着广泛的应用前景。

通过不断完善设计和施工技术,我们相信钢结构建筑的稳定性问题将得到更好的解决,为人们创造更安全、舒适的居住和工作环境。

钢结构设计中稳定问题的研究

钢结构设计中稳定问题的研究

钢结构设计中稳定问题的研究随着我国国民经济的快速发展以及建筑水平的不断提高,出现了大量的高层建筑物或构筑物,这些建筑结构中广泛的运用了钢结构设计。

研究分析钢结构的稳定性问题,具有非常重要的意义。

标签:钢结构;设计;稳定钢结构与钢筋混凝土结构相比,具有截面轮廓尺寸小、强度高、自重轻等特点。

但对于因受压、受弯和受剪等存在受压区的构件或板件,如果技术上处理不当,可能使钢结构出现失稳,一旦出现失稳事故将造成巨大的损失。

1、钢结构稳定性的涵义所谓钢结构稳定性一般来说,指的是在建筑中钢结构经过外界扰动后恢复到最初平衡状态的性能。

同样的道理,与之相对的属性即失稳,也就是建筑结构因外界扰动而自最初的平衡位置移动到其他位置。

许多严重事故就是由于钢结构在外界条件发生变化时不稳定,出现结构失稳的现象,导致建筑物坍塌等事故,最终造成重大经济损失。

所以稳定性问题是钢结构设计中的一个关键性问题,与工程质量和安全密切相关。

2、钢结构稳定性设计中存在的问题2.1强度与稳定矛盾强度的问题通常就是指建筑钢结构中单个构件在平衡和稳定的状态下所引起的最大的应力荷载是否在建筑材料自身可以承受的荷载之内,所以是建筑结构承受应力能力的问题,极限强度的大小主要是看材料本身所具备的特点,针对混凝土一类的脆性比较强的材料就可以选取材料的最大强度,但是稳定性和强度是存在着比较大的差异的,它主要是看外部的荷载和内部的抵抗力是否已经达到了—个比较平衡的状态,也就是说要在设计的过程中避免变形过陕的现象,从这一角度来看,稳定性是变形的问题,所以二者是不能统—起来的。

2.2不确定因素的影响在钢结构稳定性设计的研究过程中会受到很多不确定性因素的影响,同时在确定稳定性有关的物理量和力学变量的时候主要都是依照以往的经验的,所以对实际状况的分析还存在着很大的不足,所以这也会增加设计过程中的不确定性,设计人员在进行设计的过程中应该建立一个符合结构要求的模型,但是这些模型本身也具备了一些不确定性,如果将这些模型直接应用在实际的设计工作中一定会对设计的质量和效果产生一定的不利影响。

阐述建筑钢结构设计稳定性问题

阐述建筑钢结构设计稳定性问题

阐述建筑钢结构设计稳定性问题近年来,钢体结构体系中稳定性设计已成为建筑结构行业的新型发展趋势。

隨着我国经济的高速发展,各种钢体工程建筑相继建设而成。

钢体建筑已成为推动我国建筑行业快速发展的新型坐标。

钢结构体系中的稳定性是钢结构设计中重点解决的问题,一旦出现了钢结构的失稳事故,不但会对经济造成严重的损失,而且会造成人员的伤亡,所以在做钢体结构稳定设计中,一定要把握好这一关。

1钢结构设计稳定性现状分析1.1钢结构的强度和稳定之间的区别钢结构的强度通常是指从结构上或者某个构件角度考虑,荷载引发的应力与建筑材料极限强度的关系,属于应力范畴。

钢结构的稳定问题是找出外荷载和结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态,也就是通常意义上的并行开始并快速增加时的状态,进而可以研究如何避免该状态的出现,所考虑的是变形问题,而不是应力问题。

1.2钢结构的柱理论针对网壳结构的稳定性,我们应该重点研究它的梁和柱,也就是梁一柱理论。

但由于该理论目前不成熟,所以还需对轴力与弯矩等进行有针对性的切实研究。

1.3钢结构的整体与局部之间不妥当由于无论是从设计还是施工,当前的技术人员都缺乏科学的整体和局部观念,在设计与施工过程中,考虑都有疏漏,这在比较复杂的工程中,尤其是跨度大的建筑体施工时,都会影响工程的进度和工程质量。

2影响钢结构稳定性设计的主要因素尽管钢结构稳定性设计处于不断完善的阶段,但是,在实际稳定性设计过程中,由于设计者忽略了钢结构材料自身所具有的缺陷,为了便于计算,在使用钢结构材料时,常作为弹性塑性材料进行分析,对其材料自身存在的残余应力、初偏心和弯曲等客观存在的缺陷被忽略,从而造成计算出现偏差,影响钢结构稳定性。

除此之外,多随机性也是对钢结构稳定性设计造成影响的主要因素之一。

在目前通过钢结构随机性影响因素所解决的问题,仅仅局限在结构参数和随机荷载的确定与输入范围内。

在实际钢结构工程中,不确定性的结构参数使结构响应存在明显差异。

探讨钢结构设计中稳定性问题

探讨钢结构设计中稳定性问题

探讨钢结构设计中稳定性问题前言:在现代工程之中,许多严重事故就是由于钢结构在外界条件发生变化时不稳定,出现结构失稳的现象,导致建筑物坍塌的事故,最终造成重大经济损失。

一些施工方在统计相关数据时,对每一个数据的准确性很难进行验证。

钢结构稳定性设计和分析也会因此而存在许多的不确定性因素,使得钢结构的稳定性设计缺乏使用价值,也使得相关分析的时效性、针对性有所欠缺。

一、钢结构稳定性设计的意义在大多数钢结构的建筑中,钢结构稳定性差的现象屡见不鲜,其主要是因为设计者沒掌握钢结构中结构与材料的相关力学性能,缺乏稳定性设计的相关概念。

额外的,某些施工方为降低成本而选择偷工减料,对重要的施工部位的质量缺少保障,导致钢结构失稳,造成不堪设想的后果。

二、钢结构稳定性的相关概念1.稳定性的概念与分类所谓钢结构稳定性一般来说,指的是在建筑中钢结构经过外界扰动后恢复到最初平衡状态的性能。

同样的道理,与之相对的属性即失稳,也就是建筑结构因外界扰动而自最初的平衡位置移动到其他位置。

通常而言,我们把失稳分为三种类型。

第一种类型指的是直杆、圆环和窄梁的轴心受到压力出现的分支点失稳现象,主要是由于平衡分岔而起的问题,所以学术上又叫分支点失稳;第二种类型则并非由平衡分岔引起的失稳问题,而是极值点失稳,在实际建筑中,往往把此类失稳转化为分支点失稳进行处理;第三种类型是跃越失稳,这种失稳类型不同于上述两种类型,跃越失稳是指在一种平衡状态受到破坏后直接进入到另外一种平衡状态。

2.影响钢结构稳定性质的因素在结构体系内,主要包括结构不可缺少的支撑系统,例如钢柱间的支撑,再如钢屋架上弦水平支持与下弦水平支撑,还有垂直支撑等支持系统。

构件的长度跟截面的数值特性包括平面内外的两大方向,此外,还有材料具有的强度性和应力等属性。

三、稳定性设计特点与存在的问题1.结构整体稳定性在对钢结构设计中的稳定性问题进行分析时,要先树立大局观,有必要自钢结构的整体出发,并且要充分考虑到杆件的稳定性。

关于钢结构设计中稳定性问题探究

关于钢结构设计中稳定性问题探究

关于钢结构设计中稳定性问题探究摘要:经济持续发展,工程项目的规模与数量持续增加,在工程建设进程中,钢结构的使用是十分普遍广泛的,对此,怎样保障钢结构的整体稳定性,成为了相应人员需要思考研究的问题。

纵观实际情况可以发现,不论是哪一种类别的钢结构,都会遇到稳定性问题,如若没有进行妥善处理,将十分容易导致安全事故问题的发生。

对此,下文将会围绕钢结构稳定性展开研究,希望在笔者的分析下,可以为相应工作人员提供建议。

关键词:钢结构;设计;稳定性引言在各类工程项目中,如若产生塌陷、倾斜等事故问题,那么归根结底就是因为钢结构失稳、钢结构在设计进程中没有秉持稳定性原则。

而钢结构设计工作具有较强的复杂性特点,稍有不慎就会使得整个设计工作质量难以得到保障,对此,工作人员必须结合实际情况,合理展开设计规划,切实提高钢结构设计实效性,保障钢结构设计中产生的问题可以被妥善处理,为工程项目的整体安全提供保障,为社会发展与经济进步做出贡献。

1、钢结构设计中稳定性问题1.1分支点失稳分支点失稳也被称之为平衡分岔失稳,这一情况主要包含直杆、窄梁等位置,其在遭受外部冲击力时会使得支点丧失平衡,最终失去稳定。

在通常状况下,如若钢结构的轴心构件保持在完善的状态,那么其顶部在受到负荷压力并且小于规定数值时,构件依旧可以处于平直状态,只会出现压缩形变但是不会失去稳定[1]。

但是如若顶部的负荷压力大于限额数值,将会造成弯曲情况,最终导致轴心受压丧失平衡,这也就是分支点失稳情况。

在设计工作的方面来分析,此种屈曲破坏是可以被规避的[2]。

1.2极值点失稳这一情况与上文提到的分支点失稳不尽相同,其属于无平衡分岔的情况,在建筑项目中经常可见。

这主要是因为偏心构件的材料所造成的,偏心构件材料通常会应用钢材,在经由较长时间的演变发展以后,塑性将会逐渐失稳,最终造成平衡形式出现改变,最终失去稳定。

在解决极值点失稳时,工作人员一般可以将其转化成为分支点失稳再进行处理。

钢结构设计的稳定问题探析

钢结构设计的稳定问题探析

钢结构设计的稳定问题探析钢结构建筑占有越来越大的比重,其工业化优势十分明显,然而设计中的稳定性问题不容忽视。

稳定性是钢结构设计中的关键问题,稳定性不要求易引发重大安全事故,因此我们必须对其概念和计算方法、设计原则进行深入分析。

标签:钢结构;稳定性;设计一、钢结构稳定性概念钢结构的失稳主要分为三类。

分支点失稳被归类为第一类稳定问题,稳定平衡从先前状态变为现在的不稳定平衡;极值点失稳被归类为第二类稳定问题,这意味着性质不变,但是应力超过了允许值并且变形会急剧增加;跳跃失稳被归类为第三类失稳,它并不具有极值点或者分支点,但是失稳后将会跳跃到一个新的平衡状态。

影响钢结构失稳的因素主要有材料缺陷(如残余应力以及结构的初偏心、初弯曲等)、是否设置了支撑结构体系以及某些外界因素,如施工时吊装位置变化、外界荷载及支承边界条件变化。

这些影响因素在稳定性设计中应予以考虑,以便确定出外荷载与内力间稳定不平衡状态,采取措施避免结构进入变形骤然增长的阶段。

结构设计考虑稳定性问题时应注意从整体稳定入手,并重点考虑二阶线性分析,对于柔性结构更是如此。

柔性结构的大变形对内力影响不可忽略,并且弹性屈曲问题中一阶线性理论的叠加原理不再适用。

二、钢结构稳定设计计算(一)钢结构稳定设计计算原则(1)结构计算方法和结构简图相符合现阶段在进行框架设计时,设计人员通过稳定性的假设,不计算框架整体稳定而是用框架柱稳定来等效。

运用这类假定时,设计人员有必要从框架整体稳定的分析来做出稳定假设,使其符合实际结构图的情况,然后通过合理的假定分析来求解出实际的柱计算长度系数用以进行计算柱的稳定性。

设计时应在简化计算前设好相应的典型条件,并且要求实际结构可以满足这些条件及假设。

(2)结构计算和细部构造相符合设计人员在完成钢结构稳定性设计计算时,为保证细部构造稳定性的精确,必须使其与稳定计算方法相符合,并且按照不同节点连接形式去设定相对应的柔性与刚度。

比如在设计桁架节点连接处时减小偏心率,在进行节点连接设计的时候要区别是否传递弯矩,使其分别具有足够的柔性和刚度。

钢结构安全技术交底结构稳定性分析与设计要点

钢结构安全技术交底结构稳定性分析与设计要点

钢结构安全技术交底结构稳定性分析与设计要点钢结构是一种重要的建筑结构形式,具有高强度、轻质、施工速度快等优点。

然而,由于钢结构受到外界力的影响,其稳定性问题需要得到充分考虑。

本文将重点介绍钢结构安全技术交底的结构稳定性分析与设计要点。

一、概述钢结构的稳定性问题是指结构在外部荷载作用下的抗扭转、抗侧移、抗弯曲等性能。

稳定性问题的解决对于保障结构的安全性、耐久性以及使用性至关重要。

二、结构稳定性分析1. 荷载分析:钢结构的荷载包括静力荷载和动力荷载。

在稳定性分析中,需要考虑到各种荷载的作用方式和大小,如重力荷载、风荷载、地震荷载等。

2. 弯扭耦合效应分析:在进行结构稳定性分析时,需要考虑到弯扭耦合效应。

这是因为钢结构在受力时容易产生扭转变形,而扭转变形又会引起结构的弯曲变形,因此需要综合考虑弯曲和扭转效应。

3. 抗扭转稳定分析:由于扭转力矩会导致结构的不稳定失效,钢结构的抗扭转稳定性是结构稳定性分析的重点。

在分析中需要考虑到扭转刚度、扭转屈曲强度等参数。

4. 抗侧移稳定分析:对于较高的钢结构,抗侧移稳定性的分析也十分重要。

在分析中,需要考虑到整体侧移,侧向位移的分布及侧刚度等因素。

5. 局部稳定性分析:钢结构在受力时,某些局部构件可能会出现屈曲失稳的问题。

在进行结构分析时,需要对这些局部构件进行局部稳定性的分析,并做出相应的设计调整。

三、结构稳定性设计要点1. 合理选择截面形式和尺寸:根据结构的具体情况,选择适合的截面形式和尺寸,以提高结构的整体稳定性。

2. 加强节点设计:节点是钢结构中容易发生失稳的部位,因此在设计中要特别关注节点的稳定性,并采取相应的加强措施。

3. 增加侧向稳定拉杆:为了增加钢结构的侧向稳定性,可以通过增加侧向稳定拉杆的方式来实现。

这可以有效抵抗结构的侧向位移。

4. 采用合适的支撑措施:在施工过程中,通过合适的支撑措施来提高结构的稳定性。

这包括临时支撑的设置、临时支撑的强度计算等。

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钢结构稳定问题的综述建筑与土木工程学院刘小伟学号:2111316139摘要:总结了钢结构稳定问题的基本概念和类型,介绍了影响钢结构稳定的一些因素和稳定问题的计算方法、规范规定,并总结了钢结构稳定设计的设计原则和目前钢结构稳定问题研究中存在的问题特点。

关键词:钢结构稳定性原则类型Abstract:Summarized the basic concept and type of stability problems of steel structure, introducing the standard calculation method.The influence of some factors and stability problems of steel structure stability of the regulation, and summarizing the design principle of stability design of steel structure and the present research of structure stability problems in steel.Keywords: Steel structure stability principle type1、引言随着我国钢铁工业的快速发展,又由于钢结构的诸多优点,所以这种被认为绿色环保型产品的钢结构,是建筑的发展方向。

但由于钢比混凝土的抗压强度高20多倍,因此设计的承担相同受力功能的钢构件与混凝土构件相比,具有截面尺寸小、构件细长等特点,在对于受压、受弯等存在受压区的钢构件处理不当时,就很可能出现失稳现象。

因此为了提高截面效率、充分发挥钢材的强度,钢结构一般做成薄壁结构,这使得钢结构在大跨方案中有着极大的竞争力,但与此同时也带来了缺点:结构刚度小,稳定问题突出,稳定问题普遍处在于钢结构设计中,所以只有处理好钢结构稳定问题,才能做出经济合理的设计。

2、失稳的概念及稳定问题的类型2.1失稳的概念处于平衡位置的结构或构件,在任意微小外界扰动下,将偏离其平衡位置,当外界扰动去除后,仍能自动回复到初始平衡位置时,则初始平衡状态是稳定状态;若外界扰动去除后,不能回复到初始平衡位置,则初始平衡状态就是不稳定的平衡状态。

所以平衡状态就是从稳定状态向不稳定状态过渡的一中中间状态。

稳定分析就是研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题。

结构或构件由于平衡形式的不稳定,从初始平衡位置转变到另一种平衡位置,即称为屈曲,或失稳。

2.2稳定问题的类型钢结构的失稳现象是多种多样的,但就其性质而言,可以分为以下三类:2.2.1、平衡分岔失稳(分支点失稳)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。

如图1所示为理想状态下中心受压直杆。

当P<cr P时,直线是稳定的;当P>cr P时,直线平衡是不稳定的。

设直杆中点挠度为Δ,当作用在构件端部的荷载P未达到某一限值[1]时,构件始终保持着挺直的稳定平衡状态,Δ=0,构件只承受均匀的压应力,同时沿构件的轴线只产生相应的压缩变形。

如果在其横向施加一微小干扰,构件会呈现微小变形,但是一旦撤去此干扰,构件又会立即恢复到原有的直线平衡状态。

若果当作用于上端的荷载达到了限值cr P时构件将会发生弯曲,Δ≠0,此时直线平衡状态不稳定,构件由原来挺直的平衡状态转变到与其相邻的伴有微小弯曲的平衡状态。

OB表示直线平衡,AC表示弯曲平衡。

表示轴心受压直杆随荷载P的增加而取不同的平衡形式的OA,AB,AC线段称为平衡路径。

平衡路径在A点发生分支,A点称为分支点,该店的荷载值称为分支点荷载,即为cr P。

平衡路径OA上的中心受压直杆处于稳定的直线平衡状态;AB是不稳定的直线平衡状态;AC是稳定的压弯平衡状态。

分支点是直线平衡状态从稳定转为不稳定的分界点。

直线平衡失稳时,将存在轴向受压和压弯两种不同受力性质的平衡状态的可能,即发生平衡路径的分支。

具有上述特征的失稳现象,称为分支点失稳[2]。

2.2.2、极值点失稳(或称无平衡分岔的稳定问题)偏心受压构件,在荷载开始作用时保持弯曲形式的平衡直到临界状态终止,如图2所示,平衡路径分为OA和AB两端。

OA段上的平衡状态是稳定的。

下降段上的AB的平衡状态是不稳定的。

在平衡稳定阶段,其平衡形式只是原来平衡形式之下变形的加剧,没有出现不同变形状态的分岔点,只有极值点。

故此失稳不属于分支稳定问题,因此称之为极值点失稳。

事实上当荷载加至A点时,杆件稍受扰动即由于平衡的不稳定性而立即破坏,故难以绘出下降段AB线。

A点称之为极值点,所对应的荷载称为稳定极限荷载或压溃荷载,P u表示。

因为没有平衡形式的改变,相比之下可见,分支点失稳带有突然性,而极值点失稳则不带有突然性[3].。

实际的轴心受压构件因为都存在初始弯曲和荷载的作用点稍稍偏离构件轴线的初始偏心,因此工程中存在的稳定问题大多数属于极值点失稳。

如双向受弯构件和双向弯曲压弯构件发生弹塑性弯扭失稳都属于极值点失稳。

而实际工程中一把是将极值点失稳问题转化为分支点失稳来处理。

通过引进某些参数【4】来反映两者之间的差别。

2.2.3跃越失稳如图3(a)所示的两端铰接比较平坦的拱结构,在均布荷载q 的作用下有挠度ω,其荷载—挠度曲线也有稳定的上升段A,但是因为结构已经破坏,但是到达曲线的最高点A点时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—挠曲线上,虚线AB是不稳定的,BC段虽然是稳定的而且一直是上升的,但是因为结构已经破坏,故不能利用。

与A点对应的荷载cr q是坦拱的临界荷载。

这种失稳现象称为跃越失稳,它既无平衡分岔点,有无极值点,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生跃越失稳。

在图3(b)是发生局部凹陷的网壳结构的点状跃越失稳,而图3(c)是整体跃越失稳。

带有缓坡的有侧移大跨度门式钢架,当钢架横梁的刚度很弱而侧移刚度却很强时,有可能发生如图3(d)所示的跃越失稳。

横梁的初始倾角即横梁的坡度对这类结构的变形影响很大,类同于有缺陷不稳定分岔失稳。

缺陷对这类结构的影响也很大。

区分结构失稳类型的性质十分重要,否则不可能正确估量结构的稳定承载力。

对于具有平衡分岔失稳现象的结构,如前所述,理论上的屈曲荷载区分成三种情况,一种比较接近于实际的极限荷载,一种大于实际的极限荷载,一种远小于实际的极限荷载。

大挠度理论才能揭示具有平衡分岔的结构屈曲后的性能,然而大挠度理论分析实际结构的计算过程十分复杂。

对于稳定的临界状态,结构体系在其相邻的屈曲位形可以维持在超过分岔屈曲荷载的荷载处;但对于不稳定的临界状态,结构体系在其相邻的屈曲位形只能在低于分岔屈曲荷载的荷载处才能维持。

图3 跃越失稳3、影响钢结构稳定的因素在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系,事实上还有一些随机因素在影响钢结构的稳定性,一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类:(1)物理、几何不确定性:如材料(弹性模量,屈服应力,泊松比等)、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。

(2)统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量时,总是根据有限样本来选择概率密度分布函数、因此带来了一定的经验性。

这种不确定性称为统计的不确定性,是由于缺乏信息造成的。

(3)模型的不确定性:为了对结构进行分析,所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素,所导致的理论值与实际承载力的差异,都归结为模型的不确定性。

4、钢结构稳定问题的计算方法钢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。

由于所研究的结构变形与荷载之间呈非线性关系,因此稳定计算属于几何非线性问题,采用的是二阶分析的方法【5】。

稳定计算所给出的,不论是屈曲荷载还是极限荷载,都标志着所计算构件或结构的稳定承载力。

稳定问题的计算方法有以下三种:(1)平衡法(静力法)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。

平衡法是根据已发生了微小变形后结构的受力条件建立平衡微分方程而后求解临界荷载cr P。

在建立理想轴心受压构件弯曲平衡方程时有如下假定:1)构件时等截面直杆;2)压力始终沿构件原来轴线作用;3)材料符合胡克定律,即应力与应变成线性关系;4)构件符合平截面假定,即构件变形前的平截面在变形后仍为平面;5)构件的弯曲变形是微小的,曲率可近似地用挠度函数二阶导数表示,以此可建立微分平衡方程:0EI =+′′Py y ,代入相应的边界条件,即可解得两端铰支的轴压构件的临界荷载22cr P l EI π=。

(2)能量法能量法是求解稳定承载力的一种近似方法,用能量法求解临界荷载的途径主要有能量守恒原理和势能驻值原理:1)能量守恒原理求解临界荷载保守体系处在平衡状态时,贮存在结构体系中的应变能等于外力所做的功,此即能量守恒原理。

用能量守恒原理解决结构弹性稳定问题的方法称为Timoshenko 法,其临界状态的能量关系为:W U Δ=Δ其中,U Δ指应变能的增量;W Δ指外力做功的增量,以此可建立平衡方程:dx x y P dx x y EI l cr l 2020)]([)]([∫′=∫′′ ∫′∫′′=⇒l l cr dxx y dx x y EI 0202)]([)]([P式中:y(x)—满足位移边界条件的任一可能曲线位移方程。

2) 势能驻值原理求解临界荷载势能驻值原理指:受外力作用的结构,当位移有微小变化而总势能不变,即总势能有驻值时,结构处于平衡状态。

表达式:0-==ΠdW dU d式中:dU —指虚位移引起的结构内应变能的变化,它总是正值;dW —表示外力在虚位移上做的功。

势能驻值原理与平衡方程式等价的,用该原理可以解决复杂结构的弹性稳定问题。

如很多结构很难直接建立平衡方程,则可以先写出结构总势能Π,然后利用0Π=d ,即可得到平衡方程。

还可以先假定构件挠曲线形状,给出挠曲线方程,将其代入总势能Π,通过0Π=d 解出临界荷载。

3)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载,可由结构振动频率为零的条件解得。

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