《钢结构的失稳事故》.ppt

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极值点失稳。对于实际的轴压构件，由于初弯曲、初偏心等几何缺陷的存在也应属于偏心受压构件的范畴。因此极值点失稳现象十分普遍。 3. 跃越失稳 此类屈曲的特点是：既无平衡分岔点，又无极值点，但和不稳定分岔失稳又有一些相似之处。其结构由一个平衡位形突然跳到另一个平衡位形，其间出现很大的变形，且都是从丧失稳定平衡后经历一段不稳定平衡，然后重新获得稳定平衡。属于此类失稳的有铰接坦拱、扁壳、扁平的网壳结构等。此类屈曲虽然在发生跃越后荷载可以大于临界值，但实际工程中不允许出现这样大的变形。由于过大的变形会导致结构破坏．故应该以临界荷载作为承载的极限。 7.3 失稳破坏的原因分析 稳定问题是钢结构最突出的问题，长期以来，许多工程技术人员对强度概念认识清晰，对稳定概念认识淡薄，并且存在强度重于稳定的错误思想。因此，在大量的接连不断的钢结构失稳事故中付出了血的代价，得到了严重的教训。钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类，其各自产生的原因如下。 7.3.1 整体失稳事故原因分析 设计错误，制作缺陷，临时支撑不足， 使用不当 7.3.2 局部失稳事故原因分析 设计错误，构造不当，原始缺陷， 吊点位置不合理 1. 设计错误 设计错误主要与设计人员的水平有关。如缺乏稳定概念；稳定验算公式错误；只验算基本构件的稳定，忽视整体结构的稳定验算；计算简图及支座约束与实际受力不符，设计安全储备过小等等。 7.3.1 整体失稳事故原因分析 2. 制作缺陷 制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形等。这些缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。 7.3.1 整体失稳事故原因分析 3．临时支撑不足 钢结构在安装过程中，尚未完全形成整体结构之前，属几何可变体系，构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。若临时支撑设置不合理或者数量不足，轻则会使部分构件丧失稳定，重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。 7.3.1 整体失稳事故原因分析 4. 使用不当 结构竣工投人