钢结构稳定理论

钢结构稳定理论学时：24学分：1.5考核方法：笔试或大作业主讲教师：张文元副教授哈尔滨工业大学土木工程学院CollegeofCivilEngineering,HIT1、绪论2、轴心轴压构件的弯曲屈曲3、求解稳定问题的近似方法4、压弯构件的弯曲屈曲5、刚架的稳定6、薄壁杆件的弯扭屈曲7、板件的稳定主要内容：前5章以课堂讲授为主，后2章以学生课后自学为主1、陈骥，钢结构稳定理论与设计，科学出版社，2001.（或2004第二版）2、吕烈武、沈世钊、沈祖炎、胡学仁，钢结构构件稳定理论，中国建筑工业出版社，1983.3、钟善桐，钢结构稳定设计，中国建筑工业出版社，1991.主要参考书：第一章绪论§1-1钢结构稳定问题的重要性1）钢材的特点决定了稳定问题更加突出轻质、高强、力学性能好；与砼比，尺寸轮廓小，构件细长，板件薄柔；易发生整体失稳和局部失稳；失稳时经常具有突然性的几何形状的改变。2）钢结构失稳破坏的例子1907年，加拿大跨越魁北克(Quebec)河三跨伸臂桥工程概况：两边跨各长152.4m，中间跨长548.6m(包括由两个边跨各悬挑出的171.4m)。破坏原因：格构式下弦压杆的角钢缀条过于柔弱、失稳，其总面积只占弦杆截面面积的1％。直接损失：架桥工程中9000t钢桥坠入河中，75员工遇难。1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，有17起属稳定问题。（设计、制作、安装或使用不当都可能引发稳定事故）例如：1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀1200m2屋盖塌落。起因是一对尺寸相同的拉压杆装配颠倒。1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。起因是受力较大的钢屋架端斜杆失稳。1990年2月，辽宁省某重型机械厂新增一会议室。破坏原因：只有14.4m跨的轻钢梭形屋架腹杆平面外出现半波屈曲，致使屋盖迅速塌落。误用重型屋盖结构。且错用了计算长度系数，λy>300。事故后果：305人开会期间倒塌，造成42人死亡、179人受伤。美国Connecticut州Hartford城一体育馆网架，1978年1月大雨雪后倒塌。工程概况：91.4m×109.7m网架，四个等边角钢组成的十字形截面杆件。破坏原因：只考虑了压杆的弯曲屈曲，没有考虑弯扭屈曲。我国新修订的2004年钢结构规范中已考虑了弯扭屈曲的相关设计理论。大跨度波纹拱屋盖我国东北、内蒙古、新疆曾有大量使用，用于仓库、临时罩棚等设施。但有些结构在大雪后倒塌。破坏原因：波纹拱的畸变屈曲没有给予很好的考虑。破坏后宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。我国其它一些地方的门式刚架也发生过倒塌事故，从设计、制作、到安装阶段都有可能出现问题。1）按平衡状态分§1-2稳定问题分类理想轴压或压弯构件或结构的稳定(perfect)又称：分敬岔失挎稳或精第一枝类稳昆定问粗题(bi求fu晶rc悦at鸭io嫌n思in间st截ab滑il攻it收y)定义：由野原来尽的平张衡状乓态变扎为一促种新至的微语弯（串或微烫扭）绝平衡阀状态魄。相应迹的荷踢载NE——屈曲悼荷载寇、临哭界荷残载、吊平衡豪分岔侦荷载此类窗稳定爪又可凡分为纵两类壮：稳定量分岔盗失稳不稳缝定分静岔失绒稳非理保想轴压葱或压际弯构栏件或浓结构叮的稳宏定(im宴pe残rf序ec剖t)又称：极挥值点凳失稳违或第查二类甲稳定出问题芝(li课mi叔t-堪lo鸟ad帜-i没ns粘ta墓bi乏li娇ty亡)定义：平软衡状框态渐磁变，笼不发坑生分未岔现埋象。相应贩的荷租载Nma壁x——失稳葵极限脂荷载包或压舍溃荷庭载。大部晚分的着实际幅工程断结构佩都存惹在一送定的志初始占几何储缺陷弓，其最失稳猴形式虑都属尘于第季二类锹稳定霜问题退。初始霸几何级缺陷δ越大邻，弹沃塑性茫临界老承载依力越掠低跃越想稳定伟(sn弹ap摊t栽hr样ou勺gh丝式i键ns装ta然bi保li般ty塑)平衡奇→失体稳（内失去扁承载园力）今→新朱的平黄衡2）哑按失蚂稳现调象分构件朝失稳部分说结构猪或整军体结外构失注稳（无体系易失稳左）板件航失稳娘（屈迟曲后印强度po锋st后b昆uc遭kl内in寺g的利岂用）筒壳冈的失研稳（痕缺陷煎敏感楚性失乏稳）1）图强度沫与稳峰定的刊区别§1少-3充稳定替的基直本概屑念结构展失稳是指娱在外浊力作公用下玩，结颂构的们平衡内状态汤开始孕丧失特稳定简性，拥稍有鸽扰动栏，则拖变形肯迅速双增加汁，使格结构竭破坏绢。即价在稳铸定问下题中逆，力柴与位腊移不祖是成精比例龙的线耍性关讲系。研究的位置分析方法叠加原理解的特点强度问题只涉及某一截面上的应力应变状态一阶弹性分析能够使用叠加原理解具有单值性稳定问题与整个构件的所有截面均有关系要考虑构件已变形状态下的平衡关系，属于二阶分析几何非线性问题，叠加原理不再适用可能有多个平衡位置(特征值)解具有多值性。一般要寻求最小临界力2）肠判别只稳定夹性的况基本狭原则对处冶于平僚衡状冲态的羽体系红施加考一个微小摊干扰，当狮干扰宗撤去膝后，机如体撤系恢收复到气原来问的位仔置，缴该平家衡是消稳定古平衡置，否也则是旷不稳恰定的拍。稳定御平衡摆不视稳定椒平衡塌随遇皇平衡St任ab绿il幸it拔y搅eq凭ui深li妈br勇iu肌m厦I组ns撒ta垦bi喇li筋ty芒e抓qu块il躺ib伯ri剂um产N垄eu咏tr砖al贿e古qu叉il置ib寄ri争um1）燃静力票准则茫和静配力法眼（平楚衡法迎）§1研-4稍弹性族稳定修问题逐的基去本判哑别准雷则和极分析身方法设所研究离的弹骗性体违系在肠外力麦作用傍下的书某一蝴平衡匹位置茅的无等限接蓬近的方相邻如位置田也是睬平衡推的，唉则所双探讨速的平笛衡位他置是钳随遇婚的；在此坝平衡僚位置逐建立量平衡伍方程孙，求纪得临造界荷细载；找到味所有醒临界往状态否，其体临界匆荷载魂最低典的状腹态为趟真正飞的失镇稳状买态；这种李方法寻只能驴得到提临界序荷载持，不俩能判警别稳泼定性撒类别膨。例：刑求解劈燕图示刚性粪杆体系咬的临川界力设在临界千状态盈时，虽有一犬微小咳转角θ，所代浅表的权位置仍平衡陪的。弹性霸铰的贪转动外刚度热为r。则列执出平接衡方绵程：2）喇能量修准则奏和能盒量法当一想保守路系统梯处于林平衡膝状态岁时，其其总亚势能忽的一棒阶变孤分为宰零，折即总盛势能Π应为烘驻值众。即纯：当只有冒一个柜变量逮时：可以踩判断殿平衡用状态东，方夕法为续：为稳定棍的平渴衡状迈态，稍此时也总势效能最睡小为不蛙稳定恼的平堂衡状崭态为随薪遇平休衡状皆态例：锋同上在临估界状携态时躲的总世势能飞为：荷载以势能雄减小弹性谁势能摆增加所以肥属于故随遇亩平衡3）壁运动亩准则珍和运影动法设体显系绕律所讨配论的泼平衡掀位置棋作微惩小自华由振桃动，负写出烧振动已方程枝，求浪出振弦动频迫率。盾此频铅率与高体系括上的狱荷载赏大小端有关升，当荷婶载增嘉大时浓，频牵率会敬减小仰；当动荷载备超过演临界多荷载看时，萄振动枪频率烦趋于愚零，即阔变形颤不能虾恢复锁，失委去稳锋定。属于凡结构顾动力赵稳定踪蝶问题度。例：你同上设杆出件总猜质量高为m，沿杆挠长均爆布，则沿锤杆长z处的罗位移鸽、速灭度和俯加速绞度分翼别为巡寿：PPzdzlrθθadmva则体北系的寨振动旗方程邻为：方程听解为株：ω为体掀系的评振动属频率纽奉。临界飞状态系时，ω＝铸0，有r=咽Pl，则1）荒钢的镜材性§1差-5慈钢材花性与块残余挽应力我国断结构觉用钢很的分功类碳素肌结构踏钢(Q2缴35亲)低合掏金高兄强度蒸结构点钢(Q3驾45沈,Q喝39怀0,稀Q4理20等)结构拼钢材纤单向资拉伸冬的四首个阶鉴段Ⅰ弹算性阶熄段；比Ⅱ弹议塑性亩阶段征；Ⅲ吴塑性孤阶段冠；Ⅳ锅强化唤阶段价。Q2戏35钢单娃向拉浪伸试参验的呜应力零－应酷变曲棵线oA’为弹教性阶霜段，厅比例分极限fp约为篮19拉0MP旷a，此时εp约为哥0.帅1％未，弹壳性模抗量E＝锅2.迟06捷×1他05MP畏a。A’粘B’为弹塑邮性阶询段，饭应力倡应变患为非遣线性长，屈崖服强矩度fy＝2视35能MP匆a，此时εy约为藏0.赶15穴％。B’稀B为塑跪性平麻台阶影段，倦应力具基本酸保持林为屈悄服强迫度fy，此时ε＝0.政15置％～却2.柏5％催。BC为强爷化阶任段，舱非线援性，被抗拉份强度fu＝3煌75畏～4遣00妹MP某a，拉断袄时伸爸长率偷可达颜20队～2明6％腿，模半量Est＝0踪蝶.0裙2～行0.球03件E。应力嚷－应柳变曲腥线的愁简化示模型A’值B’阶段杨的应恒力、宗应变务变化短不大皇，对政弹塑兆性稳壳定极妥限荷榜载的土影响棉不大射，常椒简化支为直私线，晌屈服勿强度fy＝2始35填MP福a对应垮的屈形曲应旬变εy为0袋.1郑14塘％。达到担屈服杨强度鹅之后侍的应阵力应棵变关杨系有暴上述润三种欢简化丸模型器，其辞中2）少钢构粪件截绿面残顷余应丹力的绳分布18抛号普序通工漫字钢推焊接H型钢良轻械型热析轧H型钢残余疼应力茎产生聚