2钢结构稳定概述.ppt

1、二 钢结构稳定概述,钢结构可能出现的承载力极限状态有：,结构构件或连接因材料强度被超过而破坏； 结构转变为机动体系； 整个结构或其中一部分作为刚体失去平衡而倾覆； 结构或构件失稳； 结构出现过度塑性变形，不适于继续承载； 重复荷载作用下构件疲劳断裂。,1、稳定问题的存在,钢材强度高，各种建筑材料中，同样条件下需要的截面面积最小，具有截面轮廓尺寸小、构件细长、板件薄柔的特点，故容易失稳。 常用最低强度钢材Q235的设计强度为215N/mm2 普通混凝土最高级别C50的抗压强度设计值为23.1N/mm2 高强混凝土最高级别C80的抗压强度设计值为35.9N/mm2 钢结构常因为个别杆件失稳而导致整

2、个结构塌落，故稳定问题是钢结构的核心问题之一。对于钢结构构件，稳定计算比强度计算更重要。,2.1 钢结构的失稳破坏,2、失稳的原因,设计（计算、计算与构造的一致性、计算模型与简图的一致性） 施工 使用状态变化 如气候超载（雪载、风载等）、人为超载（使用功能变化导致的超载）及其他不可预料的作用（爆炸等）,美国康涅狄格州哈特福市中心体育馆。该体育馆为正放四角锥网架，屋盖尺寸为91.4m109.8m，1975年建成。1978年1月，美国东部下了一场暴风雪，造成体育馆建成后最大的积雪荷载。18日凌晨，体育馆突然发出一阵隆隆响声，接着整个屋盖塌落。中间部分下凹象个锅底，原因是“超载压杆失稳”。 中国营口

3、海龙仓储库。该工程采用大跨度压型钢板拱形结构，建于1997年7月，建筑面积8200，彩板拱结构跨度33.5m，矢高6.7m，板厚1.3mm，2001年1月最寒冷、落雪最多的时候塌落，原因是“半跨雪荷载引起局部失稳” 。,中国鞍山某饲料集团公司库房。该工程采用拱型彩钢屋顶，库房共5栋，总建筑面积15311,1995年9月建成，跨度2530m，矢高7.35m和6.6m。1996年12月31日夜至1997年1月1日上午，鞍山地区出现暴风雪，市区降雪平均厚度260mm，为自1962年以来最大的一场雪，并伴有56级西北风。该屋顶塌落的原因是“暴风雪造成局部屈曲，从而引起整体失稳”。,中国鞍山某区游泳馆。

4、该工程跨度32m，长54m，拱脚标高7.5m，拱顶标高13.5m，矢高6m，事故概况及原因“暴风雪造成局部屈曲，从而引起整体失稳”。,加拿大魁北克大桥。 1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏，9000吨结构全部坠入河中。桥上施工人员75人遇难，破坏是由悬臂的受压下弦失稳造成。,中国鞍山某田径训练馆。该工程平面尺寸为2236米，拱脚标高7.0m，拱顶标高13.6m，矢高6.6m，部分塌落，事故概况及原因“暴风雪造成屈曲、失稳”。,国内轻型钢结构。倒塌案例较多，主要原因为刚架平面外的稳定没有保证；屋面檩条平面外的失稳。,钢结构失稳事故,钢结构失稳事故,钢结构失稳事故,钢结构失稳事故,钢结构失

5、稳事故,钢结构失稳事故,3、稳定问题与强度问题的区别,强度问题：指构件或结构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，关注结构构件截面上产生 的最大内力或最大应力是否达到截面的承载能力或材料的强度，是 应力问题。是对截面而言的。,稳定问题：找出外荷载与构件或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。是对构件整体而言的。 失稳是构件整体刚度问题。,4、稳定问题的特点,稳定问题采用二阶分析：分析变形后结构的平衡，考虑变形对结构的影响，也称几何非线性分析。,不能应用叠加原理：应用叠加原理需满足虎克定律和小变形，即为几何和物理线性

6、问题。弹性稳定问题不满足小变形（几何非线性）；非弹性稳定问题不满足虎克定律和小变形（几何和物理双重非线性）。,稳定问题不必区分静定和超静定结构：稳定问题中，无论对于何种结构（静定或超静定）都要针对变形后的位形进行分析。,2.2 失稳的类型,1、失稳类型,稳定平衡,随遇平衡,不稳定平衡,稳定平衡,临界状态,PPcr时，稳定平衡状态,随遇平衡状态：直杆仍然可保持其直线状态，如果施加微小侧向力，杆件发生微弯曲，除去侧向力后，弯曲变形仍然保持并且增大，杆件不能恢复直线状态。,PPcr时，不稳定平衡状态,P=Pcr时，随遇平衡状态,失稳类型,分支点失稳（稳定分支点失稳、不稳定分支点失稳） 极值点失稳 越

7、跃失稳,失稳类型 分支点失稳,原始平衡,临界平衡,P-曲线,在同一荷载点出现了平衡分支现象。 失稳前后受力性质发生变化。,理想轴心受压构件,大挠度弹性理论分析的轴心受压构件的P曲线,失稳类型 稳定分支点失稳,失稳类型 稳定分支点失稳,中面均匀受压四边支承薄板的荷载位移关系,由于横向薄膜张力作用，屈曲后能承受较大的荷载增量，其极限荷载远大于屈曲荷载，可以利用屈曲后强度。,失稳类型 不稳定分支点失稳,不稳定分支点失稳,发生分支点失稳后，只能在远比临界荷载低的条件下维持平衡状态。,失稳类型 极值点失稳,极值点失稳,构件弯曲变形的性质始终未发生改变。,失稳类型 越跃失稳,越跃失稳（均布荷载作用的坦拱）

8、,由一个平衡状态突然跳跃到一个非临近的具有很大变形的 另一个平衡状态。,结构由稳定平衡到不稳定平衡的界限状态称为临界状态。结构处于临界状态时的荷载值称为临界荷载值，稳定计算的主要目的在于确定临界荷载值。求临界荷载值的方法很多，可分为精确计算方法和近似计算方法两大类，其中静力法、能量法分别是两类方法中常用的计算方法。,2.3 临界力的计算方法,静力法,静力法即静力平衡法，也称中性平衡法，此法是求解临界荷载的最基本方法。对第一类弹性稳定问题，在分支点存在两个临近的平衡状态：原始直线平衡状态和产生了微小弯曲变形的平衡状态。静力法就是根据已发生了微小弯曲变形后结构的受力条件建立平衡微分方程，而后解出临界荷载。,能量法,静力法通过建立轴心受压构件微弯状态时的平衡方程求出临界荷载的精确解，但是对于有些轴心受压构件，如变截面的或者压力沿轴线变化的构件，静力法得到的是变系数微分方程，求解十分困难，有时甚至