钢结构稳定性设计探析
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨3篇
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨3篇建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨1建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨近年来，钢结构作为一种新型建筑构造材料，其在建筑工程中的应用越来越广泛。
钢结构的优良性能在保证建筑质量和施工效率的同时，还大大增强了建筑的美观性和安全性。
然而，钢结构设计中存在着一种非常日益突出的问题——稳定性问题。
本文将就建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨进行详细探讨。
一、钢结构设计的稳定性原则（一）整体稳定性原则整体稳定性原则是指钢结构在各种荷载作用下，其整个结构要能保持相对稳定，避免出现龙卷风、震动等不稳定现象。
一般来说，整体稳定性可以通过增加抗弯刚度和抗扭刚度来保证，从而使建筑的结构稳固牢靠。
（二）构配件稳定性原则构配件稳定性原则是指在钢结构设计中，各种构件的强度和稳定性要充分考虑，避免出现局部失稳等问题。
因此，必须保证构配件在承受极限荷载时，具有良好的抗弯、抗剪、抗压、抗扭等性能，同时对悬挂式构件进行充分支撑，使其能够避免出现扭曲、侧翻等倾斜现象。
（三）局部稳定性原则局部稳定性原则是指在钢结构设计中，必须充分考虑各个支座、连接件等局部节点的稳定性，避免出现节点扭曲破坏、支座变形、连接件塑性变形等问题。
为此，必须充分考虑节点和连接件的刚度和强度，以保证整个结构的安全和稳定性。
二、钢结构设计的设计探讨（一）钢材的选用在钢结构设计中，钢材的选用是很重要的一步，因为钢材的力学性能将直接影响到结构的强度和稳定性。
因此，设计人员应在具体工程中充分考虑材料的强度、韧性、抗腐蚀性能等因素，合理选用材料，以确保结构的安全性。
（二）结构的布局在钢结构设计中，结构的布局也是一个非常重要的环节。
设计人员应该根据具体工程的要求和实际情况，选择适当的结构形式和布局方式。
在整个设计过程中，应当注意保证结构的合理分布和承重能力的均衡，以确保结构的稳定性和安全性。
（三）节点连接的设计在钢结构设计中，节点连接的设计也是非常关键的。
钢结构稳定性设计探析
钢结构稳定性设计探析摘要：钢结构失稳问题的主要类型有“平衡分岔失稳”及“极值点失稳”,轴向受压杆件一般发生“平衡分岔失稳”的问题,偏心受压杆件一般发生“极值点失稳”的问题。
稳定问题的计算方法主要有“静力平衡法”、“能量法”以及“动力法”,在钢结构稳定问题计算时,需根据结构的特点以及工程需要选址合适的计算方法,以更加准确的计算和把握结构体系的稳定状态,克服结构中因设计误差或失误而产生的误差,最大程度地减少钢结构失稳的工程事故。
关键词：钢结构稳定性设计失稳强度钢结构稳定性能是决定其承载力的一个重要因素。
对于受压或受弯构件,如果技术上处理不当,可能使钢结构出现整体失稳或局部失稳,甚至整体塌落,后果严重,在设计中要予以充分重视。
尤其当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响时,就更增加了解决稳定问题的难度。
一、钢结构设计的原则1结构的整体布局需要综合考虑整个建筑的稳定性当前的建筑行业设计主要以平面设计的图形为主，比如一张工程设计图纸中的框架设计就是依靠这种设计理念。
为了保证整体建筑结构不会发生坍塌的现象，在建筑钢结构设计中必须要合理布置一些基本支撑的体系。
也就是说在钢结构的平面设计布置中设定的稳定性必须要和建筑过程中的空间布置相一致。
不仅仅是局限于平面上的稳定性，还要考虑到作为立体建筑物需要达到的稳定基础等。
2结构计算的简图和实际手工计算图纸要保持一致在当今的多层或者高层建筑设计中，通常会直接用框架结构来进行数据计算，而不是从钢结构的稳定性出发来进行演算，在实际的计算中需要用到的框架柱结构计算，一般都会根据实际的框架柱的系数来得出，这样才能保证钢结构的整体稳定性。
在具体的操作中，框架结构多种多样，为了能满足钢结构设计的稳定性，需要设定一些具体的计算模板。
在后期的计算中，可以套用固定的模板得出最可靠的数据。
3钢结构构件的稳定计算要和内部细件的结构保持一样在进行具体的数据计算中，要让构造设计和构造计算的结果保持一致，除了一些主要的框架结构计算以外，对于钢结构中一些细节处理也需要认真对待，比如钢结构接头位置的弯曲承受度，还有钢结构杆件的偏心问题等。
钢结构设计中稳定性分析探讨
钢结构设计中稳定性分析探讨摘要：与一般的建筑材料相较而言，钢结构的优势十分显著。
此类结构不仅具有较强的承重能力，且本身的重量也比较低，同时还具有较强的可塑性。
在建筑工程中，使用此类钢结构设计，可以使建筑整体更加的稳定，保证居住人员的安全，还能够从一定程度提升建筑使用时间。
基于此，本篇文章尝试分析了钢结构设计中稳定性的有关探讨，仅供参考。
关键词：钢结构设计；稳定性分析；分析探讨；建筑工程新时期中，我国工业发展十分迅速，各类厂房的数量也在不断增加，这从一定程度上给我国建筑行业的发展带来了挑战。
在建筑工程中，钢结构的优势十分显著，且获得了当代人们的广泛认可。
相较于较为传统的建筑材料而言，钢结构的优势还是十分显著的，而在钢结构设计的过程中稳定性是十分重要的。
一、钢结构性能特点钢结构的性能特点主要可以概括为两点。
第一点，钢结构的抗震能力比较强。
现阶段，建筑施工中所使用的钢结构主要就是由钢板料等金属材料构制出来的，此类材料虽然重量比较小，但是其可塑性较强，且强度较大，因此在施工的过程中其柔韧性往往是其他类型的材料难以达到的，可以更好地满足工程的要求，其应用范围也比较广。
第二点，钢结构的施工精度高。
在建筑工程开展的过程中，还需要依据建筑的实际类型选择合适的材料。
对于大跨度类型的建筑来说，往往就需要使用到钢结构。
一般来说，如果建筑本身对于稳定性的要求比较高，则更适宜选择此种类型的材料，此类材料具有较大的弹性范围，并且在受到应力的作用下，其状态也和工程力学的衡算结果较为吻合，因此与一般的结构相较而言，往往具有更强的精准性[1]。
最后一点，钢结构的施工过程更为便捷。
在文章开始时我们提到了，钢结构的构制过程是比较简单的，因此在施工过程中所选择的材料类型大多也不复杂。
虽然说，钢结构的构制方式比较简单，且重量较小，但正是由于这一特性，使得钢结构材料的倒运费用有效下降，且施工的过程也会更为便捷。
二、影响钢结构稳定性的因素影响钢结构稳定性的因素大致可以包含下述三点。
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。
钢结构柱稳定性分析与设计
钢结构柱稳定性分析与设计钢结构的应用已经广泛应用于工业、民用、桥梁等各个领域。
其中，钢结构柱作为承载重要纵向荷载的主要构件之一，在结构设计中起着至关重要的作用。
本文将对钢结构柱的稳定性进行分析与设计，以确保其在使用过程中的安全可靠性。
1. 稳定性分析在进行钢结构柱的稳定性分析之前，首先需要了解柱的受力情况和设计参数。
柱的受力主要包括压力、弯矩和轴向力三个方面。
同时，还需要确定柱的几何参数，如截面形状、截面尺寸、材料等。
基于这些基本参数，可以进行稳定性分析。
1.1 基本理论：稳定系数与屈曲强度稳定性分析的核心理论是稳定系数和屈曲强度。
稳定系数是指柱在受力情况下的稳定性能，通常以稳定性安全系数来衡量，数值一般大于1。
屈曲强度是指柱在受力超过一定临界值时，发生屈曲破坏的承载能力。
1.2 欧拉公式欧拉公式是钢结构柱稳定性分析中最常用的公式之一，公式表达如下：Pcr = (π² × E × I) / L²其中，Pcr为柱的临界压力，E为钢材的弹性模量，I为截面二阶矩，L为柱的长度。
1.3 弯扭和细长柱对于弯扭和细长钢结构柱，需要引入额外的参数进行分析。
弯扭柱的主要特点是在受力过程中不仅产生弯曲，还会发生扭转变形。
细长柱则是指其长径比较大，易产生扭转屈曲失稳。
针对这两种特殊情况，需要进行详细的计算和分析。
2. 柱的设计在进行钢结构柱的设计时，需要根据结构的实际需求和使用条件，综合考虑稳定性、经济性和施工性等因素。
2.1 确定截面形状和尺寸根据实际情况和设计要求，选择合适的截面形状和尺寸。
常见的截面形状包括矩形、圆形、H型等，不同形状有其各自的优缺点。
同时，根据受力情况和设计参数，确定截面的尺寸。
2.2 材料选择钢结构柱的材料选择与整个结构的设计息息相关。
常见的钢材种类包括普通碳素钢、低合金高强度钢等，根据实际的使用情况和设计要求，选用合适的材料。
2.3 考虑稳定性安全系数在设计过程中，需要合理考虑稳定性安全系数的取值。
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。
钢结构稳定性设计探析
称为 “ 临界状态” ，以临界状态 为转折点 ，此前 的状 态为 “ 前屈 曲平 衡状态” （ 一 ０ Ａ曲线对应的状态 ），此后的状态为 “ 后屈 曲平衡状 态” （ — 曲线对应的状态 ） Ａｃ 。以上失稳现象即为 “ 平衡分岔失稳”。
得 出 的承 载 力均 可 看 作 钢 结 构 的稳 定 承 载 力 。 下 文通 过 静 力 平衡 法 、能 量法 以及动力法等三种不同的计算方法 ，分别对稳定问题的计算方法进 行探讨。 ２１ 静 力 平 衡 法 （ 拉 方 法 ） ． 欧
ｙ
（） ａ （） ｂ 图１平衡分岔失稳 曲线关系 图
在钢结构建筑 的设计和施工中 ，稳定性是其 中一项须重要重点关注 的内容 ，因为钢结构设计 的合理性对 于建筑安全 有至关重要的作用 。在 实际工程项 目中，因为钢结构失稳而导致 的重大事故常有发生 ，如１７ ９８ 年 ，美 国哈特伏特体 育馆 因结构体系 的压杆屈曲 ，导致网架体系整体失 稳 坠 地 。在 我 国也发 生过 类 似 的工 程 事 故 ，如 ２ １年 ，我 国 昆 明新 机 场 ０Ｏ 因桥跨支撑 体系失稳 ， 跨度 ３米 的钢结构桥跨突然塌陷 ，８ ８ 米高的桥面 也随之下坠 ，造成 了多人伤亡。以上 国内外 因结构失稳而导致 的事故案 例的重要原因多是钢结构设计不合理 ，且存在安全缺陷。因此 ，要防止 同类型建筑倒塌事故 的发生 ，我们要充分重视钢结构的稳定性设计 ，从 设计层面杜绝事故发生的可能性。
建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析
建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析钢结构由于其较好的性能和较低的造价，目前已经成为我国建筑结构设计中一种主流方式。
在钢结构设计中还存着很多不完善的因素，这些问题主要是由于管理机制、监督机制不完善以及设计能力较低造成的。
在加强钢结构设计的过程中，我们应加强钢结构的实际应用方式、加强钢结构建筑的设计深度、规范钢结构节点设计同时加强构件截面的设计，从而提升钢结构设计的科学性，确保建筑工程的安全性和经济效益。
标签：建筑工程;钢结构设计;稳定性分析当前，我国建筑业的发展已达到一定水平，其施工工艺和设计质量有了很大提高。
基于对组合的钢结构在中国施工现场的实际情况，采取适当的措施，以优化钢铁结构，由此当项目由分析和讨论加速稳定性提高的稳定性的稳定特性的建设的基本结构。
应用科学合理的优化策略和解决方案，更有效地确保未来建设项目的整体质量。
1.建筑结构设计中钢结构设计的重要性在整个工程中，钢结构设计能够直接的影响工程整体质量，在进行钢结构设计的时候，作为专业的设计师需要做的就是能够熟练掌握相关几何的应用以及要素，同时还要注重在此设计过程里，掌握相应的技术。
钢结构设计相对来说具有一定的难度，设计师在进行设计的时候一定要严格的遵从相关图纸的要求，同时将相应的设计图作为参考，而且还要有效的结合施工实际情况，对其进行相应的构思，在最大的限度上有效的提升整体钢结构的质量，保证建筑结构设计中钢结构的总体性能。
进行钢结构设计的整个过程里，具有较强的关联性，作为设计人员需要对钢结构的各个因素进行准确的了解，并且高度重视每个环节中有关构件设计的质量，避免因为设计不合格导致不良后果的发生，给建筑工程造成一定的危险性，影响整个工程的进展。
2.钢结构稳定性设计的分析方法2.1静力平衡法静态平衡法和中性平衡法简称平衡法。
它们是求解钢结构稳定极限荷载的重要方法。
对于具有平衡分岔点的弹性稳定问题，分岔点有两个相似的平衡状态，也就是发生微笑变形结构平衡状态和原结构状态。
建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点分析
建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点分析建筑工程中，钢结构设计是一项非常重要的工作，其稳定性和设计要点对整个建筑的安全性和稳定性起着至关重要的作用。
本文将针对钢结构设计的稳定性和设计要点进行分析和探讨，希望能够为相关领域的工程师和设计师提供一些参考和启发。
一、稳定性分析1.1 钢结构设计的稳定性在钢结构设计中，稳定性是指结构在承受荷载和外部作用时，不会发生失稳或塌陷的能力。
钢结构的稳定性受到各种因素的影响，如结构形式、受力状态、材料性能等。
钢结构的稳定性分析要考虑到整个结构的全局和局部稳定性，包括整体稳定性、单元稳定性和构件稳定性等。
1.2 稳定性分析的方法在实际的工程设计中，钢结构的稳定性分析通常采用有限元分析、弹性稳定性分析、非线性稳定性分析等方法。
有限元分析是一种常用的数值计算方法，可以模拟结构在受到外部荷载时的受力和变形情况，从而评估结构的稳定性和安全性。
1.3 影响稳定性的因素钢结构设计的稳定性受到许多因素的影响，主要包括结构形式、材料性能、受力状态等。
在设计过程中，需要充分考虑这些因素，并进行合理的分析和设计，以确保结构的稳定性和安全性。
二、设计要点分析2.1 结构形式的选择在钢结构设计中，结构形式的选择是非常关键的一步。
不同的结构形式对结构的稳定性和承载能力有着不同的影响。
常见的钢结构形式包括桁架结构、框架结构、刚架结构等，设计师需要根据具体的工程要求和场地条件选择合适的结构形式。
2.2 材料性能的考虑2.3 受力状态的分析2.4 结构连接的设计在钢结构设计中，连接部分是结构的薄弱环节，设计连接的稳定性和安全性对整个结构的稳定性有着重要的影响。
设计师需要对结构的连接部分进行合理的设计和计算，确保连接的可靠性和稳定性。
2.5 风荷载和地震荷载的考虑在钢结构设计中，风荷载和地震荷载是常见的外部荷载，对结构的稳定性和安全性有着重要的影响。
设计师需要根据工程所在地的实际情况考虑风荷载和地震荷载的影响，并进行合理的设计和计算，以确保结构能够承受这些外部荷载。
建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析
建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析稳定性分析是建筑工程项目中钢结构设计的一个重要步骤，主要涉及到结构的整体稳定性和构件的局部稳定性两个方面。
稳定性分析是指在荷载作用下，结构的构件或整体不发生失稳。
下面将对稳定性分析的内容进行详细阐述。
首先是整体稳定性分析。
整体稳定性分析主要是针对结构整体的失稳进行分析，包括整体屈曲、扭转和侧向稳定性等。
钢结构在整体稳定性分析中一般采用弹性体系模型，即假设材料具有线弹性特性，且结构在荷载作用下只发生纯弯曲变形，并且未考虑刚度随温度变化、材料非线性及荷载演变等因素。
整体稳定性分析的主要步骤是确定结构的构件和荷载，然后计算各个构件的稳定临界载荷。
对于平面稳定问题，常用的计算方法是欧拉公式和极小曲率法，其中欧拉公式适用于一般情况，而极小曲率法适用于曲率较小的情况。
其次是构件的局部稳定性分析。
局部稳定性主要涉及到构件的屈曲和扭转失稳。
在局部稳定性分析中，需要确定构件的几何形状、材料特性和荷载，然后计算构件的局部稳定临界载荷。
常用的计算方法有弹性分析法、弹塑性分析法和弹塑性稳定分析法等。
弹性分析法适用于小变形和线弹性材料的情况，而弹塑性分析法和弹塑性稳定分析法适用于非线性材料和大变形的情况。
稳定性分析中需要考虑的因素还包括温度效应和缺陷效应。
温度效应主要是由于结构受到温度变化而引起的尺寸变化和材料性质变化，而缺陷效应是指结构中存在的缺陷或畸变所造成的局部应力集中，增加了结构的失稳风险。
在稳定性分析中需要对温度效应和缺陷效应进行合理的考虑。
稳定性分析的结果需要与设计要求进行比较，确定结构的安全性能。
如果计算结果与设计要求不符，需要进行结构优化设计或采取一些增强措施，以提高结构的稳定性。
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钢结构稳定性设计探析
摘要:钢结构稳定性设计是钢结构设计中的一个难题。
本文从稳定与强度的区别、结构失衡类型、稳定计算方法、稳定设计的基本原则等4个方面介绍了钢结构稳定性设计。
关键词:钢结构稳定性设计失稳强度
结构的稳定性是钢结构设计的一个突出问题,在各种类型的钢结构中,都必须考虑其失稳问题。
如果对钢结构的失稳设计不当,将造成不应有的损失。
另外,由于结构或构件的失稳破坏比较突然,屈曲一旦发生,结构随即崩溃,因而其造成的经济损失要比强度破坏造成的损失要大[1]。
现代工程史上有许多因钢结构失稳而造成的重大工程事故,其中影响很大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏,9000t钢结构全部坠入河中,共有75名施工人员遇难。
其主要原因是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。
由此可见,结构失稳破坏的突然性和危险性需要我们对结构稳定性进行深入分析。
1 稳定与强度的区别
结构的强度、稳定性都与结构的截面和材料有关。
强度包括抗拉强度,抗压强度和抗弯强度。
抗拉和抗压强度与结构的截面大小有关,为材料强度*截面积。
抗弯强度还与截面的面积矩有关,通俗的讲就是离轴线越远的地方面积越大,抗弯强度越强。
所以经常采用工字钢等截面在抗弯。
换稳是指长细比较大的结构在受到压力时,可能在达到极限荷载之前就局部失稳而造成破坏,也就是说长细比较大的构件,一般稳定性比较差。
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所示两端铰接较平坦的拱结构,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OA,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——挠度曲线上,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生跨越失稳。
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。
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。
在许多情况下,采用平衡法可以获得精确解[4]。
4 稳定设计的基本原则
在钢结构设计中,为了保证结构不丧失稳定,还应注意以下几点。
(1)杆件稳定计算的选择时,要充分了解结构的实际受力特点,然后再通过合理的假定,选择合适的计算模型。
(2)结构整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求。
目前结构大多是按平面体系来设计的,需要从结构整体布置来保证平面结构不致出平面失稳,亦即设置必要的支撑构件。
(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合,使二者有一致性。
5 结语
钢结构稳定性能是决定其承载力的一个重要因素。
对于受压或受弯构件,如果技术上处理不当,可能使钢结构出现整体失稳或局部失稳,甚至整体塌落,后果严重,在设计中要予以充分重视。
尤其当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响时,就更增加了解决稳定问题的难度。