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钢结构的可能破坏形式 3 钢结构的 可能破坏形式 * 整体失稳 局部失稳 强度破坏 脆性断裂 疲劳破坏 钢结构因其优良的性能被广泛地应用于大跨度结构、重型厂房、高层建筑、高耸构筑物、轻型钢结构和桥梁结构等。如果钢结构发生事故则会造成很大损失。了解钢结构可能发生的各种破坏形式,才能有效防止破坏的发生。 3 钢结构的可能破坏形式 * 3.1 结构的整体失稳破坏 结构整体失稳破坏:结构受压,受弯、受压弯时当截面应力还较低(低于钢材的屈服强度),结构已不能继续承载而产生很大的变形,使结构偏离原来的平衡位置而破坏或倒塌。 稳定性:结构在荷载作用下处于平衡位置,微小外界挠动使其偏离平衡位置,若外界挠动除去后仍能回复到初始平衡位置,则是稳定的;若外界挠动除去后不能回复到初始平衡位置,且偏离初始平衡位置逾来逾远,则是不稳定的;若外界挠动除去后不能回复到初始平衡位置,仍能停留在新的平衡位置,则是临界状态,也称随遇平衡。 屈曲:即丧失平衡形式的稳定性,也称失稳。 临界力:使构件丧失整体稳定时的内力称为临界力,相应的截面应力成为临界应力 * 轴心压力N较小 只有压缩变形和截面均匀受压。干扰力除去后,恢复到原直线平衡状态 N增大到一定数值(Ncr) 干扰力除去后,不能恢复到原直线平衡状态,保持微弯状态 N继续增大(Ncr) 干扰力除去后,弯曲变形仍然迅速增大,迅速丧失承载力,丧失整体稳定 稳定平衡状态 临界平衡状态 不稳定平衡状态 轴心受压构件的整体失稳 理想轴心受压构件(理想直,理想 轴心受力)当其压力小于某个值(Ncr)时,只有轴向压缩变形和均匀压应力。达到该值时,构件可能弯曲或扭转,产生弯曲或扭转应力。此现象称:构件整体失稳或整体屈曲。意指失去了原先的直线平衡形式的稳定性。 * 理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、无初始应力、无初弯曲、无初偏心、截面均匀等)的失稳形式分为: 弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳 * 无缺陷的轴心受压构件(双轴对称的工型截面)通常发生弯曲失稳,构件的变形发生了性质上的变化,即构件由直线形式改变为弯曲形式,且这种变化带有突然性。 * 对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件(十字形截面),当轴心压力达到临界值时,稳定平衡状态不再保持而发生微扭转。当轴心力在稍微增加,则扭转变形迅速增大而使构件丧失承载能力,这种现象称为扭转失稳。 工程设计上采用控制长细比?x或?y≥5.07b/t,以防止扭转屈曲。 * 截面为单轴对称(T形截面)或无对称轴的轴心受压构件绕对称轴失稳时,由于截面形心和剪切中心不重合,在发生弯曲变形的同时必然伴随有扭转变形,这种现象称为弯扭失稳。 * 梁的整体失稳 如图梁受横向荷载P作用下,当P增加到某一数值时,梁将在截面承载力尚未充分发挥之前突然偏离原来的弯曲变形平面,发生侧向挠曲和扭转,使梁丧失继续承载的能力,这种现象称为梁的整体失稳。失稳的形式为弯扭失稳 * 对结构构件,强度计算是基本要求,但是对钢结构构件,稳定计算比强度计算更为重要。强度问题与稳定问题虽然均属第一极限状态问题,但两者之间概念不同。 强度问题关注在结构构件截面上产生的最大内力或最大应力是否达到该截面的承载力或材料的强度,因此,强度问题是应力问题。 稳定问题是要找出作用与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。 结构稳定分析原则: (1)必须考虑几何非线性的影响。 (2)必须考虑材料非线性的影响。 (3)必须考虑结构和构件的初始缺陷。 * 结构和构件在保持整体稳定的条件下,结构中的局部构件或组成构件的板件在压力作用下,当压力增加到某一数值时将不能保持平衡状态,而产生平面波形凸曲的现象称为局部失稳。 3.2 结构和构件的局部失稳 局部失稳不会导致整个结构丧失承载力,但会使截面的刚度退化,降低结构的整体稳定 * 3.3 结构的强度破坏(塑性破坏) 结构在不发生整体失稳和局部失稳的条件下,内力将随荷载的增加而增加,当结构构件截面上的内力达到截面的承载力并使结构形成机构时,结构构件将丧失承载力而破坏。 破坏前有显著的变形,并吸收很大能量,从变形发生到最后破坏要持续较长的时间,属塑性破坏。 脆性断裂是钢结构在静力和加载次数不多的动力作用下发生的脆性破坏。结构或构件破坏前没有明显的变形和征兆,破坏时产生的变形远比结构应有的变形能力小,吸收能量很少,突然发生断裂破坏, 断口平齐、发亮,无机会补救。 3.4 结构的脆性断裂 * 定义:钢材在循环荷载作用下,经历一定时间的损伤积累,构件或连接部位裂纹生成、扩展,以致最后断裂破坏。称为疲劳
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