钢结构的可能破坏形式

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)
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§ 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
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3.2.1 局部失稳的概念
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。
z 如：理想的轴压直杆的屈曲。
分枝型失稳
原始平衡
临界平衡
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※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
z 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。
z 如：压弯杆件的失稳。
极值型失稳
压弯杆件 7/31
※失稳的类别※
3. 屈曲后极值型失稳——屈曲后强度
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)
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§ 3.1 结构的整体失稳破坏
3.1.1 关于稳定的概念 3.1.2 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
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3.1.1 关于稳定的概念
结构整体失稳破坏： z 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。
其次，构件进入弹塑性 受力阶段，形成塑性铰
随后发生塑性转动，内力 重分布，相继出现塑性铰
最后，形成机 构而倒塌破坏
z Байду номын сангаас构强度破坏时会出现明显的变形，因此又称为塑性破坏(延性破坏)。
z 纯粹的强度破坏很少。因破坏过程中的明显变形将引发其它类型的破坏 发生。
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3.3.2 应力塑性重分布
(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。
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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)
第 3 章 钢结构的可能破坏形式
主要内容：
¾ 结构的整体失稳破坏 ¾ 结构的局部失稳、截面的分类 ¾ 结构的塑性破坏、内力塑性重分布 ¾ 结构的疲劳破坏、损伤累积破坏和脆性断裂破坏
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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
破坏，称为结构的强度破坏。
z 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，受压构件一般发生失稳破坏。
z 受拉构件破坏过程：
首先拉应力 达到屈服点
其次，构件进入塑性 变形，明显伸长
随后材料进入 强化阶段
最后，达到抗拉 强度后，构件拉断
z 受弯构件破坏过程：
首先受拉边缘 应力达到屈服点
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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： z 仍能回复到初始平衡位置 ——稳定的 z 不能回复到初始平衡位置，且偏离越来越远——不稳定的 z 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)
(1)几何非线性的影响：
z 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；
z 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； z 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。
(2) 材料非线性的影响：
弹性 → 弹塑性 → 稳定的双非线性分析
z 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 9/31
※失稳的类别※
5. 跳跃型失稳
z 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。
z 如：承受横向均布压力的球形扁壳。
跳跃型失稳 均 布 荷 载 作 用 下 的 坦 拱
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3.1.3 结构稳定分析的原则
强度问题是应力问题； 稳定问题是要找出作用与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。
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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
z 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。
z 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。
z 如：薄壁构件中的受压翼缘板、腹板。
屈曲后极值型失稳
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※失稳的类别※
4. 有限干扰型失稳（不稳定分岔屈曲）
z 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。
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。
D
P
G
E
C
F DE
C
FO
b
B
B
A
A
3.2.2 局部与整体相关稳定
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稳而降低。
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3.2.3 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
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§ 3.3 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
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3.3.1 结构的塑性破坏
z 在不发生整体失稳和局部失稳的条件下，内力随荷载的增加而增加，当 截面内力达到截面的承载力并使结构形成机构时，结构就丧失承载力而