钢结构稳定问题概述.ppt

钢结构设计原理钢结构设计原理教师:赵宝成2012年09月课程安排课程安排钢结构基本性能（钢材的性能）钢结构基本性能（钢材的性能）钢结构的疲劳钢结构的疲劳钢结构的断裂钢结构的断裂 钢材材性钢材材性钢结构稳定问题概述钢结构稳定问题概述拉杆拉杆轴心压杆轴心压杆受弯构件受弯构件压弯构件和框架压弯构件和框架连接连接构造设计构造设计冷弯薄壁型钢结构特点冷弯薄壁型钢结构特点钢结构设计其它问题钢结构设计其它问题1.钢结构稳定问题概述钢结构稳定问题概述1.1 钢结构失稳破坏概述钢结构失稳破坏概述1.2 失稳的类别失稳的类别1.3 稳定问题的特点稳定问题的特点1.4 稳定设计的原则稳定设计的原则1.1 钢结构失稳破坏概述钢结构失稳破坏概述稳定性是钢结构破坏的突出问题稳定性是钢结构破坏的突出问题 钢结构破坏的极限状态；钢结构破坏的极限状态；钢结构容易失稳的原因；钢结构容易失稳的原因；失稳的例子失稳的例子；钢结构受压失稳的脆性破坏特征钢结构受压失稳的脆性破坏特征 脆性破坏的特征脆性破坏的特征 可靠度指标可靠度指标bb 失稳实例失稳实例Quebec 钢桥的破坏钢桥的破坏1900 开始修建开始修建失稳实例失稳实例Quebec 钢桥的破坏钢桥的破坏原因分析原因分析：悬臂悬臂4肢格构式下肢格构式下弦压杆的弦压杆的缀材面积缀材面积太小太小（1.1），导），导致压杆致压杆单肢失稳单肢失稳，而后整体失去稳定。而后整体失去稳定。破坏后果破坏后果：9000顿钢材掉入河顿钢材掉入河中；中；75人遇难。人遇难。1907 倒塌场景倒塌场景失稳实例失稳实例Quebec 钢桥的破坏钢桥的破坏 1916 倒塌场景倒塌场景（支点强度不足，（支点强度不足，10人死亡）人死亡）最长的悬臂桥最长的悬臂桥 失稳实例失稳实例Hartford 城体育馆城体育馆（边长（边长9.1米，高米，高6.4米，米，91.44*109.73）失稳实例失稳实例Hartford 城体育馆城体育馆原因分析原因分析：受压弦杆和腹杆采受压弦杆和腹杆采用用4个等边角钢组个等边角钢组成的成的十字形截面十字形截面，抗扭刚度差；抗扭刚度差；设计时只考虑了弯设计时只考虑了弯曲失稳，没考虑曲失稳，没考虑扭扭转屈曲转屈曲及及支撑杆件支撑杆件的弯扭屈曲的弯扭屈曲。失稳实例失稳实例辽宁某重型机械厂会议室辽宁某重型机械厂会议室失稳实例失稳实例辽宁某重型机械厂会议室辽宁某重型机械厂会议室原因分析原因分析：14米跨长的重型屋架设计成梭形轻钢屋架；受压腹杆中部的矩形钢箍支撑没区分绕两个轴的稳定性；误用计算长度系数。受压腹杆失稳导致破坏受压腹杆失稳导致破坏破坏后果破坏后果：42人死亡；179人受伤。失稳实例失稳实例其它其它前苏联古比雪夫列宁冶金厂车间钢屋架塌落前苏联古比雪夫列宁冶金厂车间钢屋架塌落：长度相同的一对长度相同的一对拉杆和压杆安装错误拉杆和压杆安装错误1970年前后大跨度箱形截面钢梁桥事故年前后大跨度箱形截面钢梁桥事故：带纵向加劲肋带纵向加劲肋受压板未考虑初始缺陷和残余应力受压板未考虑初始缺陷和残余应力影响影响输电线塔架腹杆失稳破坏输电线塔架腹杆失稳破坏：未考虑未考虑支撑杆件在平面外自身的变形问题支撑杆件在平面外自身的变形问题导致的约束作用下降导致的约束作用下降.go back失稳破坏的脆性特征失稳破坏的脆性特征*突然性，小变形，无征兆突然性，小变形，无征兆不同于受拉时的性能不同于受拉时的性能失稳破坏的脆性特征失稳破坏的脆性特征*突然性，小变形，无征兆突然性，小变形，无征兆不同于受拉时的性能不同于受拉时的性能附：脆性破坏的可靠性指标附：脆性破坏的可靠性指标bb*脆性破坏更危险，可靠度指标要大些脆性破坏更危险，可靠度指标要大些3.2；3.71.2 钢结构失稳的类别钢结构失稳的类别分岔屈曲分岔屈曲 稳定分岔屈曲；稳定分岔屈曲；不稳定分岔屈曲不稳定分岔屈曲极值点失稳极值点失稳跃越失稳跃越失稳第第I类类稳定：分岔屈曲稳定：分岔屈曲稳定分岔屈曲稳定分岔屈曲屈曲的特点屈曲的特点：由直的平衡状态过渡到微弯的平衡状态；完善构件在理想状态下发生；由直的平衡状态过渡到微弯的平衡状态；完善构件在理想状态下发生；屈曲后荷载有所增加，甚至增加很显著（可利用其屈曲后强度）屈曲后荷载有所增加，甚至增加很显著（可利用其屈曲后强度）注意注意：图中是N-关系，而非N-挠度关系第第I类类稳定：分岔屈曲稳定：分岔屈曲稳定分岔屈曲稳定分岔屈曲第第I类类稳定：分岔屈曲稳定：分岔屈曲不稳定分岔屈曲不稳定分岔屈曲屈曲的特点屈曲的特点：屈曲后荷载显著降低方可保持平衡（屈曲后荷载显著降低方可保持平衡（有限干扰屈曲有限干扰屈曲）；）；缺陷敏感性缺陷敏感性第第II类类稳定：极值点失稳稳定：极值点失稳屈曲的特点屈曲的特点：偏心压杆及非完善构件；失稳时一般已进入塑性状态；偏心压杆及非完善构件；失稳时一般已进入塑性状态；破坏的本质是考虑双重非线性后的强度问题破坏的本质是考虑双重非线性后的强度问题第第III种种失稳类型：跃越失稳失稳类型：跃越失稳屈曲的特点屈曲的特点：发生屈曲后，经历一个大变形过程到达一个新的强度回升的路径（但是：此发生屈曲后，经历一个大变形过程到达一个新的强度回升的路径（但是：此时结构一般时结构一般不能正常使用不能正常使用）；1.3 稳定问题的特点稳定问题的特点要考虑变形对外力效应的影响要考虑变形对外力效应的影响 一阶分析；二阶分析；三阶分析一阶分析；二阶分析；三阶分析静定和超静定结构的区分失去意义静定和超静定结构的区分失去意义叠加原理不再适用叠加原理不再适用失稳分析的整体性失稳分析的整体性失稳的多样性失稳的多样性1.要考虑变形对外力效应的影响要考虑变形对外力效应的影响内力计算内力计算：不考虑变形的影响一阶分析稳定计算稳定计算：原则上要考虑变形的影响二阶分析大变形、大挠度大变形、大挠度：三阶分析2.静定和超静定结构的区分失去意义静定和超静定结构的区分失去意义内力计算内力计算：静定结构静力平衡关系，与变形无关 超静定结构静力平衡关系+变形协调稳定计算稳定计算：平衡法平衡微分方程同，边界条件有差 异，但都是基于变形后的状态但都是基于变形后的状态静定和超静定结构的区分失去意义静定和超静定结构的区分失去意义静定和超静定结构的区分失去意义静定和超静定结构的区分失去意义3.叠加原理不再适用叠加原理不再适用叠加原理叠加原理：适用条件弹性；小变形小变形4.稳定要作整体分析稳定要作整体分析强度问题强度问题：某个截面的应力大小问题稳定问题稳定问题：与构件的整体刚度有关系，而仅非截面问题*错误的解答错误的解答：左柱按两端铰接，计算长度1.0；右柱按悬臂柱，计算长度2.0；构件和整体结构的关系构件和整体结构的关系门式钢架摇摆柱的稳定问题与此类似门式钢架摇摆柱的稳定问题与此类似注意边柱的计算长度注意边柱的计算长度局部稳定和整体稳定的关系局部稳定和整体稳定的关系整体缺陷促使截面局部弱化，整体缺陷促使截面局部弱化，局部弱化反过来又影响整体承载力局部弱化反过来又影响整体承载力5.失稳的多样性失稳的多样性1.4 稳定设计的几项原则稳定设计的几项原则结构整体布置必须考虑整个体系组成部分的稳结构整体布置必须考虑整个体系组成部分的稳定性要求定性要求 屋架系统的支撑布置；门架系统的支撑布置；体育馆看屋架系统的支撑布置；门架系统的支撑布置；体育馆看台台悬臂杆件悬臂杆件；塔架杆件与横隔；塔架杆件与横隔面外面外要明确稳定设计方法的假设条件要明确稳定设计方法的假设条件 框架柱横梁无轴力假定；框架柱横梁无轴力假定；摇摆柱专门的计算长度摇摆柱专门的计算长度注意细部构造注意细部构造 隅撑的设置；拉条的设置；梁端部约束的作用隅撑的设置；拉条的设置；梁端部约束的作用