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。大跨衬度波助纹拱续屋盖我国接东北赠、内影蒙古猎、新竭疆曾赤有大级量使烦用，杰用于饰仓库巡寿、临垒时罩筹棚等肾设施检。但用有些非结构受在大善雪后餐倒塌色。破坏赌原因煮：波纹本拱的第畸变药屈曲改没有山给予舟很好泉的考柜虑。破坏例后宁波匀某轻管钢门郑式刚性架施兴工阶翅段倒偏塌。破坏退原因膀：施工造顺序茎不当重、未宪设置琴必要犬的支加撑等。我国洲其它金一些掠地方塑的门福式刚缸架也奸发生冈过倒遵塌事巴故，逼从设穗计、躲制作春、到旺安装婚阶段视都有云可能录出现其问题缎。1）抱按平细衡状竹态分§1挑-2某稳定凝问题守分类理想轴压倍或压饮弯构已件或欧结构稍的稳择定(pe源rf橡ec烛t)又称：分眯岔失折稳或爪第一搏类稳过定问阴题(bi份fu刃rc悠at爪io团n定in肯st革ab讯il桑it责y)定义：由藏原来协的平骄衡状遗态变萍为一河种新开的微姿弯（闸或微惠扭）警平衡骗状态罢。相应交的荷渡载NE——屈曲蛋荷载趁、临任界荷女载、岸平衡润分岔宰荷载此类淡稳定立又可郑分为石两类短：稳定国分岔节失稳不稳恋定分存岔失怖稳非理尺想轴压蚕或压栗弯构恋件或饼结构锁的稳旗定(im踪蝶pe销rf绳ec缓t)又称：极蔑值点机失稳支或第归二类撤稳定增问题废(li棕mi蛾t-们lo身ad榆-i越ns久ta俊bi驻li镇ty蜻)定义：平馋衡状楼态渐华变，纵不发漫生分按岔现德象。相应丢的荷陪载Nma饺x——失稳骗极限以荷载狼或压赠溃荷纪载。大部失分的述实际线工程抬结构秒都存世在一代定的晌初始电几何躬缺陷娘，其灰失稳死形式默都属秆于第自二类篇稳定胜问题沸。初始鸡几何惭缺陷δ越大寒，弹亩塑性融临界瞎承载今力越而低跃越促稳定增(sn烦ap闷t透hr践ou饮gh贺i颤ns迎ta沉bi乖li桨ty绍)平衡胞→失丛稳（撤失去惯承载匙力）居→新研的平六衡2）奔按失疑稳现劳象分构件栽失稳部分顾结构特或整嫁体结溉构失音稳（酱体系商失稳也）板件课失稳椒（屈回曲后碗强度po重st料b累uc甲kl雹in刑g的利蚕用）筒壳荣的失揉稳（弹缺陷虑敏感扮性失跪稳）1）其强度胃与稳冻定的膊区别§1翼-3猪稳定漆的基出本概愉念结构哈失稳是指促在外宫力作苹用下先，结疾构的他平衡嘉状态俱开始谅丧失提稳定坟性，碎稍有卸扰动贸，则碍变形咱迅速唱增加惨，使敬结构底破坏动。即拴在稳蓄定问屈题中这，力强与位蚊移不捡是成尾比例矛的线遗性关奴系。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）及判别合稳定廊性的舰基本盟原则对处圆于平斑衡状序态的腥体系未施加役一个微小霉干扰，当征干扰麦撤去唤后，斩如体仅系恢木复到召原来饿的位程置，刚该平途衡是组稳定猎平衡言，否恳则是鸣不稳勤定的细。稳定左平衡趟不唤稳定咽平衡孩随遇啊平衡St副ab安il屯it钢y箱eq篇ui恼li倚br蛇iu四m停I窃ns让ta静bi春li捡ty呢e狼qu干il骂ib察ri卡um稻N胀eu可tr态al栋e侨qu雪il施ib努ri决um1）鸣静力鞠准则羞和静阴力法丧（平丛衡法矮）§1命-4黄弹性窝稳定惊问题桨的基澡本判弄别准押则和庙分析队方法设所研究近的弹胆性体贷系在卖外力吧作用渐下的胜某一劝平衡叠位置毛的无动限接沟近的宜相邻侄位置拉也是效平衡欣的，反则所甲探讨画的平祖衡位越置是眠随遇惯的；在此淋平衡旦位置柄建立蛙平衡代方程躲，求速得临堤界荷倚载；找到徐所有音临界胖状态海，其洞临界残荷载么最低递的状有态为装真正妻的失奸稳状滑态；这种听方法尼只能丛得到助临界骡荷载京，不毙能判见别稳膏定性哥类别塌。例：打求解缺图示刚性被杆体系闪的临济界力设在临界殖状态依时，赏有一花微小米转角θ，所代茂表的装位置森平衡灶的。弹性暗铰的虏转动华刚度凤为r。则列晃出平延衡方慎程：2）抬能量眉准则艇和能菌量法当一闭保守薄系统惕处于才平衡因状态柿时，梅其总幼势能园的一牺阶变衬分为厦零，月即总急势能Π应为闭驻值乎。即芝：当只有段一个烈变量兆时：可以雁判断之平衡坡状态悉，方茄法为抛：为稳定尺的平复衡状貌态，绢此时乳总势因能最真小为不夺稳定缘瑞的平这衡状滨态为随金遇平梁衡状糠态例：芹同上在临承界状熄态时谈的总雀势能井为：荷载笼势能梢减小弹性产势能蔑增加所以屑属于确随遇大平衡3）匹运动富准则弊和运版动法设体奇系绕费所讨天论的商平衡希位置畅作微井小自把由振机动，裤写出傍振动闸方程因，求表出振斑动频钢率。减此频纤率与野体系痛上的嘱荷载计大小掌有关古，当荷台载增娱大时忧，频祸率会飘减小气；当咽荷载钱超过渐临界瞒荷载社时，室振动颂频率然趋于拘零，即回变形童不能驾恢复贝，失做去稳间定。属于楼结构米动力略稳定调问题尤。例：码同上设杆硬件总翠质量缸为m，沿杆系长均张布，则沿灯杆长z处的嚼位移超、速煮度和碗加速浩度分饰别为白：PPzdzlrθθadmva则体暖系的登振动变方程控为：方程助解为窝：ω为体叉系的伶振动眯频率慎。临界肾状态首时，ω＝说0，有r=僻Pl，则1）伍钢的聋材性§1服-5身钢材僻性与惯残余梯应力我国焰结构智用钢锁的分珠类碳素蚂结构番钢(Q2礼35爪)低合屈金高拦强度丛结构形钢(Q3践45侨,Q租39商0,喷Q4袄20等)结构衰钢材炭单向舅拉伸膝的四册个阶饥段Ⅰ弹诊性阶颤段；闸Ⅱ弹算塑性蛛阶段富；Ⅲ扮塑性我阶段刻；Ⅳ油强化轻阶段隙。Q2锅35钢单毫向拉篮伸试望验的风应力推－应尽变曲枣线oA’为弹革性阶足段，净比例枯极限fp约为迅19宣0MP得a，此时εp约为继0.酱1％王，弹抹性模势量E＝俊2.晨06树×1路05MP凑a。A’袍B’为弹塑同性阶繁段，摄应力汁应变叔为非卵线性悼，屈像服强反度fy＝2备35康MP插a，此时εy约为济0.泳15郑％。B’突B为塑场性平涌台阶购段，棵应力吊基本吉保持尾为屈浪服强乒度fy，此时ε＝0.迈15街％～竟2.精5％克。BC为强煎化阶战段，四非线量性，搂抗拉怀强度fu＝3肺75塑～4陷00太MP童a，拉断头时伸铜长率懂可达脑20塘～2眼6％想，模保量Est＝0澡.0舟2～宣0.息03左E。应力棋－应捞变曲慈线的驳简化搬模型A’架B’阶段数的应桐力、贸应变买变化习不大孔，对闭弹塑奔性稳寒定极待限荷效载的就影响莲不大百，常抽简化厉为直虚线，弹屈服木强度fy＝2斤35帜MP换a对应京的屈路曲应跨变εy为0泻.1涛14缝％。达到灯屈服牢强度均之后恒的应够力应广变关填系有漏上述阵三种胀简化稻模型堪，其描中2）逗钢构嘱件截涂面残组余应雕力的怒分布18传号普顿通工或字钢剂焊接H型钢线轻亭型热乱轧H型钢残余