文档介绍：钢结构的稳定性设计
钢结构的稳定性设计
摘要:钢结构具有质轻、高强、工业化程度高、施工速度快等优点,故在建筑工程中得到了广泛的应用。本文通过对钢结构的稳定性设计概念、原则及分析方法的总结,浅谈一下钢结构稳定性设计的体会。
关键词:钢结构设计,稳定性设计,失稳破坏
中图分类号:TU291 文献标识码:A

稳定性设计是钢结构工程设计中需要重点考虑的内容之一。钢结构破坏的实例原因通常不是因为材料强度问题,而是结构的失稳破坏问题,即稳定性问题。破坏原因是其结构形式设计不合理,存在结构设计缺陷所致。要从根本上杜绝事故的发生,钢结构稳定性设计是关键。

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强度是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度,因此它是一个应力问题。极限强度的取值因材料的特性不同而异,对钢材是取它的屈服点。相对一般建筑材料钢结构是高强度材料。
稳定主要是由外部荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态,致使部分杆件应力集中,产生较大的变形,进而使整个结构进入受力不合理或破坏状态,因此它是一个变形问题。例如轴压柱,当失稳时柱的侧向挠度使柱中增加很大的附加弯矩,从而柱子的破坏荷载应力远远低于它的抗压强度,此时,失稳是柱子破坏的主要原因。
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(1)有平衡分岔的稳定问题(分支点失稳)。完善直杆轴心受压时的屈曲和平板中面受压时的屈曲均属于这一类。
(2)无平衡分岔的稳定问题(极值点失稳)。由建筑钢材做成的偏心受压构件,在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力,属于这一类。
(3)跳跃失稳是一种不同于以上两种类型的稳定问题,它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。
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钢结构稳定性存在多样性,主要有如下几个特点:
(1)稳定性设计要考虑构件及结构的整体作用
(2)稳定性计算要按二阶分析进行
(3)考虑初始缺陷的极值稳定计算取代完善构件的分岔点稳定计算
(4)稳定性不仅通过计算来保证,还需要从结构方案布置和构造设计来配合
3. 钢结构稳定性的相关计算方法:
(1)平衡法。平衡法是求解结构稳定极限荷载最基本的方法,它是根据已产生了微小变形“1”后,结构的受力条件建立平衡方程而后求解。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。在许多情况下,采用平衡法可以得到精确解。
(2)能量法。如果结构承受着保守力,可根据有变化结构的受力条件建立总的势能。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形为零,得到平衡方程,再由平衡方程求解出屈曲荷载。此种方法一般只能获得屈曲荷载的近似解。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)动力法。处于平衡状态的结构体系,施加微小干扰使其发生振动,当荷载小于稳定的极限值时,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,即使将干扰撤去,运动仍是存在的,因此结构的平衡状态是不稳定的;临界状态的荷载即为屈曲荷载,由结构振动频率为零的条件即可解得。

(1)影响轴心压杆稳定承载力的最主