钢结构的失稳事故浅析.ppt

哈特福特体育馆的屋盖体系将屋面系统与网架分开，应该说是一个设计上的缺陷。由檩条、屋面板等组成的屋面系统，在水平面内是一个刚度很大的盘体，如果屋面设在网架上弦平面内，可以对网架起一定的支撑作用，而屋面抬高之后削弱了这种作用，同时，传到屋面上的风力只有通过立柱才能传到上弦平面，因而在上弦节点引起弯矩，虽然分配到每一根立柱上的水平力不大，但终究对网架是不利的。 原设计在网架分析计算中仅考虑上下弦杆及斜腹杆，屋面荷载作用于上弦网格节点上，上弦压杆只承受轴向力。如果在分析中将再分杆考虑进去，就会暴露出新的问题。这时如将上弦中点与再分杆作为铰接点连接，将出现几何可变，分析结果毫无意义；如将上弦中点与再分杆作为刚性连接，则必然在上弦引起弯矩。 (2)施工原因 施工管理混乱、质量控制不严，对网架的倒塌也有影响。1973年1月网架提升完成后，网架中点挠度在其自重下为21.3cm，而按原设计应只有9.4cm；屋面全部施工完毕，在没有活载的情况下挠度达到30～33cm，按设计则为19cm。这种过大的变形在施工安装时已引起问题，例如在网架加屋面荷载后，与网架相连的外墙板骨架在安装时就不易吻合，必须用氧气切割和现场焊接才能安上，说明网架已出现了严重的偏差。然而当时在场的施工和检查人员都没有过问。 由于主要杆件的长度都相等，事后检查发现有好几起杆件代用以及相互替换的错误。连接用螺栓的大小及型号也有混用情况。 3. 经验教训 (1) 网架节点有多根杆件汇集，连接比较复杂，因此节点设计的好坏是网架的关键问题。然而人们往往注意计算分析而忽略了节点构造，节点设计得不好容易引起偏心，使杆件和节点受弯。 (2) 尽量保持屋盖的整体性，一般情况下应避免用立柱起坡，如果采用立柱．更应注意网架上弦的稳定问题。 (3) 网架中采用再分杆，应注意由此引起的计算和构造问题，再分杆用作网架支撑要具有一定的刚度。对大跨度网架来说，再分杆不是次要构件，不宜采用单角钢。 (4) 施工中，要严格进行质量检查，并注意几何尺寸的测量和记录；工程建成后，也应定期测量网架的挠度与支座位移。 第7章 钢结构的失稳事故 7.1 失稳概念 失稳也称为屈曲，是指钢结构或构件丧失了整体稳定性或局部温度性，属承载力极限状态的范围。 就钢结构的基本构建而言，可分为轴心受力构件、受弯构件和偏心受力构建三大类。其中轴心受拉构件和偏心受拉构件不存在稳定问题，其余构件除强度、刚度外，稳定问题是重点问题。 7.2 失稳的类型和特点 1. 平衡分岔失稳 分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳 极值点失稳 建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的承载能力。 跃越失稳 即无平衡分岔点，又无极值点，结构由一个平衡位形突然跳到另一个平衡位形，其间出现很大变形。 平衡分岔失稳 完善的(即无缺陷、挺直的)轴心受压构件和完善的中面受压平板的失稳都属于平衡分岔失稳问题。属于这一类的还有理想的受弯构件以及受压的圆柱壳等。 平衡分岔失稳也叫分支点失稳，还可称为第一类稳定问题。它可分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳两种。 (1)稳定分岔失稳 这类屈曲的特点是有一稳定的平衡状态，结构在到达临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限邻近的屈曲平衡位形，即由直杆而出现微弯。此后变形的进一步加大，要求荷载增加。如图，直杆轴心受压和平面在中面受压都属于此类情况，板有较显著的屈曲后强度，目前在门式刚架设计中已得到利用。 (2)不稳定分岔失稳 结构屈曲后只能在远比临界荷载低的荷载下维持平衡位形。例如承受均匀轴向荷载的柱壳；承受均匀外压力的全球壳；缀条柱；薄壁型钢方管压杆等(如图) 。此类屈曲也叫“有限干扰屈曲”，因为在有限干扰作用下，在达到分岔屈曲荷载前就可能由半屈曲平衡位形转到非邻近的屈曲平衡位形。 在此强调一点，稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳对缺陷的敏感性截然不同。图中虚线所示的是构件有几何缺陷时荷载与变形关系。稳定分岔失稳虽有缺陷，但荷载仍然可以高于临界值；而不稳定分岔失稳，荷载的极低值比无缺陷时大幅度降低。因此不稳定分岔失稳对缺陷特别敏感。设计该类结构时若无视缺陷影响，必将带来严重后果。 2. 极值点失稳 极值点失稳也称为第二类稳定问题，如图。具有极值点失稳的偏心受压构件的荷载挠度曲线只有极值点B，没有出现如理想轴压构件那样在同一点存在两种不同变形状态的分岔点，构件弯曲变形的性质没有改变，故此失稳称为极值点失稳。它是指用建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的承载能力。像双向受弯构件、双向弯曲压弯构件的弹塑性弯扭失稳都属于