钢结构稳定问题

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钢结构失稳的原因

钢结构失稳的原因

钢结构失稳的原因

钢结构失稳是指在受外力作用下,钢结构发生偏离原有稳定状态的现象,也就是发生失稳。钢结构失稳主要是由结构的设计、材料、构造、荷载等因素引起的。

首先,结构的设计缺陷是钢结构失稳的重要原因。设计时如果没有考虑到荷载、变形、刚度等因素,将导致整个钢结构的稳定性受到影响。例如,在设计中忽略了侧向位移对结构的影响或设计中存在杆件拉拱,这样会导致结构的位移不稳定,进而引起钢结构失稳。

其次,材料的不均匀性和质量问题也会影响钢结构的稳定性。如果使用的钢材质量不合格、有裂纹或缺陷,这些问题都会影响结构的承载能力和稳定性。此外,钢材在生产、运输和安装过程中可能会遭受损坏,这也会影响结构的稳定性。

构造方面的原因同样也是导致失稳的重要原因。部件的连接方式、空间形式,杆件交叉点的设计、3D模型中的节点连接等,都会影响结构该方向的稳定性。如果连接方式不稳定,或者在结构连接时存在松动或者缺陷,都会导致钢结构失稳,甚至会引发钢结构的倒塌安全问题。

最后,荷载是导致钢结构失稳的另一个重要原因。荷载是指不断变化或者突然加在结构上的一种载荷。过重或不均匀的荷载可以超过结构的承载能力,导致失稳。此外,温度、风、地震等自然因素也会导致荷载变化,从而引发失稳。

综上所述,钢结构失稳原因多种多样,需要在设计、材料、构造和荷载等多个方面做好控制和安排。通过科学严谨的设计,合格的材料,规范的施工和维护,以及有针对性的控制荷载,才能避免钢结构失稳的问题,确保工程的建设质量和建设安全。

钢结构设计中的强度与稳定性分析

钢结构设计中的强度与稳定性分析

钢结构设计中的强度与稳定性分析

钢结构作为一种重要的建筑构造形式,在现代建筑中得到了广泛的应用。其独特的特点使其成为了建筑设计师们的首选,然而,正确理解和分析钢结构的强度与稳定性是确保其安全性和可靠性的关键。本文将深入探讨钢结构设计中的强度与稳定性分析,以期对读者有所启发。

一、强度分析

钢结构的强度分析是确保建筑结构能够承受正常和异常荷载的重要步骤。在设计过程中,工程师需要考虑到以下几个关键因素。

1.1 材料强度

钢材作为钢结构的主要构造材料,其强度参数决定了整个结构的抗力能力。工程师需要详细了解所选用的钢材的性能指标,包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量等,以确保设计结构的强度能够满足要求。

1.2 荷载计算

在设计过程中,荷载计算是非常重要的一环。工程师需要根据建筑的用途和具体情况,准确计算出可变荷载、恒载和地震荷载等,以保证设计的结构能够承受这些荷载。当荷载不均匀分配时,还需要进行统一系数的计算。

1.3 结构稳定

钢结构的稳定性是强度分析中不可忽视的一部分。当结构受到垂直或水平方向的外力作用时,其稳定性要求结构能够保持稳定。工程师需要根据实际情况,采用适当的稳定性分析方法,确保设计的结构能够满足要求。

二、稳定性分析

稳定性分析是钢结构设计中非常重要的一环,它主要考虑结构在受荷时的稳定

性能。以下是一些常见的稳定性分析方法。

2.1 弯曲稳定性分析

在弯曲稳定性分析中,工程师需要计算并分析结构受弯矩作用下的稳定性。通

过计算结构的屈曲系数和容许屈曲荷载,可以确定结构的弯曲稳定性是否得到满足。

2.2 屈曲稳定性分析

钢结构柱稳定性分析

钢结构柱稳定性分析

钢结构柱稳定性分析

钢结构柱作为支撑结构的重要组成部分,在工程设计中扮演着至关重要的角色。稳定性是评估钢结构柱性能的一个关键指标,本文将从理论分析和实例应用两个方面,对钢结构柱的稳定性进行深入探讨。

一、理论分析

1.1 稳定性定义和影响因素

钢结构柱的稳定性指其抵抗压力的能力,并且在承受荷载时不会产生无法可靠预测的变形和破坏。稳定性分析时,需要考虑以下因素:- 材料特性:如钢的弹性模量、屈服强度等,这些参数直接影响柱的稳定性。

- 断面形状:柱截面的几何形状和尺寸也会对稳定性产生影响。

- 受力条件:荷载类型、受力方式和作用点位置等都会对柱的稳定性产生影响。

1.2 稳定性分析方法

稳定性分析方法包括理论分析和数值分析两种。理论分析是基于材料力学原理和结构力学原理,通过推导公式和方程,对稳定性进行计算和分析。而数值分析则是通过使用计算机软件,根据给定的模型和方程,模拟柱的应力和变形情况。常用的数值分析方法有有限元法、弹塑性分析法等。

1.3 稳定性失效模式

钢结构柱在受力过程中可能发生不同的失效模式。常见的失效模式有以下几种:

- 屈曲失效:柱产生弹性屈曲,继而变形,无法承受更大的荷载。

- 局部失稳:柱截面的一部分,在受到较大荷载作用时出现局部弯曲或局部压扁现象。

- 全局失稳:柱整体失去稳定性,发生侧扭、屈曲或倒塌等现象。

二、实例应用

为了进一步说明钢结构柱稳定性分析的实际应用,以下将以某工程项目中的一根钢结构柱为例,进行稳定性分析。

2.1 工程项目背景描述

某高层建筑项目中,需要设计一根用于支撑楼层的钢结构柱,该柱高15米,使用普通碳素结构钢材料。

钢结构柱稳定性分析与设计

钢结构柱稳定性分析与设计

钢结构柱稳定性分析与设计

钢结构的应用已经广泛应用于工业、民用、桥梁等各个领域。其中,钢结构柱作为承载重要纵向荷载的主要构件之一,在结构设计中起着

至关重要的作用。本文将对钢结构柱的稳定性进行分析与设计,以确

保其在使用过程中的安全可靠性。

1. 稳定性分析

在进行钢结构柱的稳定性分析之前,首先需要了解柱的受力情况和

设计参数。柱的受力主要包括压力、弯矩和轴向力三个方面。同时,

还需要确定柱的几何参数,如截面形状、截面尺寸、材料等。基于这

些基本参数,可以进行稳定性分析。

1.1 基本理论:稳定系数与屈曲强度

稳定性分析的核心理论是稳定系数和屈曲强度。稳定系数是指柱在

受力情况下的稳定性能,通常以稳定性安全系数来衡量,数值一般大

于1。屈曲强度是指柱在受力超过一定临界值时,发生屈曲破坏的承载能力。

1.2 欧拉公式

欧拉公式是钢结构柱稳定性分析中最常用的公式之一,公式表达如下:

Pcr = (π² × E × I) / L²

其中,Pcr为柱的临界压力,E为钢材的弹性模量,I为截面二阶矩,L为柱的长度。

1.3 弯扭和细长柱

对于弯扭和细长钢结构柱,需要引入额外的参数进行分析。弯扭柱

的主要特点是在受力过程中不仅产生弯曲,还会发生扭转变形。细长

柱则是指其长径比较大,易产生扭转屈曲失稳。针对这两种特殊情况,需要进行详细的计算和分析。

2. 柱的设计

在进行钢结构柱的设计时,需要根据结构的实际需求和使用条件,

综合考虑稳定性、经济性和施工性等因素。

2.1 确定截面形状和尺寸

根据实际情况和设计要求,选择合适的截面形状和尺寸。常见的截

环境恶劣条件下的钢结构长期稳定性分析

环境恶劣条件下的钢结构长期稳定性分析

环境恶劣条件下的钢结构长期稳定性分析

随着工业的发展和城市化程度的加深,建筑的高度越来越高,结构也越来越重要,钢结构建筑的应用也越来越广泛。然而,在恶劣的环境条件下,如高温、高湿、海洋盐雾、海岸强风和日照暴晒等极端气候,钢结构的长期稳定性成为一大挑战。因此,此文将探讨如何从钢材材料、设计和维护的角度来保证钢结构在恶劣的环境条件下的长期稳定性。

1. 钢材材料

在恶劣的环境条件下,钢结构往往遭受到蚀刻、氧化和腐蚀等影响,因此选择

合适的钢材材料是确保钢结构长期稳定性的重要步骤之一。

首先,选择适合环境条件下的材料。在海洋盐雾或者是强风暴雨等恶劣环境下,应选择具有良好耐腐蚀性的不锈钢、耐候钢等特殊钢材;在高温、高湿或者是高海拔等环境下,应该优先选择高温合金钢和高硬度合金钢等特殊合金材料。

其次,控制外部因素的影响。在正常情况下,钢结构表面涂上喷塑或者涂层来

保护钢材。在恶劣环境下,钢结构的表面涂层会受到蚀刻和破坏,建议在涂层之前,将钢结构的表面打磨光滑,除去表面的污垢和锈蚀,确保表面平整度和涂层粘附度。

2. 结构设计

除了钢材材料的选择和表面涂装之外,结构设计也是保证钢结构在恶劣环境条

件下的长期稳定性的重要因素之一。

首先,选择合适的结构设计。钢结构的结构设计在考虑结构承受重量、强度

等基本因素的前提下,应尽可能地考虑恶劣环境的灾害影响,例如设计出适合抵抗强风、海浪和地震等特殊环境力的结构。

其次,优化结构设计的细节。在结构设计过程中,细节设计是影响整个结构稳

定性的一个重要因素,例如结构连接和支撑的设计都需要根据实际情况来确定。此

钢结构的稳定性由那些因素决定的

钢结构的稳定性由那些因素决定的

钢结构的稳定性由那些因素决定的

钢结构的稳定可分为结构整体的稳定和构件本身的稳定两种情况。

结构整体的稳定,在结构的纵向,主要依靠结构的支撑系统来保证,如钢柱的柱间支撑,钢屋架的上、下弦水平支撑和垂直支撑等。计算时主要考虑支撑系统能可靠地传递结构纵向的水平荷载(风荷载、地震荷载、厂房吊车荷载等)。在结构的横向,主要依靠结构自身(框架或排架)的刚度来保证,计算时主要要考虑结构自身能可靠地传递结构横向的水平荷载。

构件本身的稳定主要由构件组成部份的自身刚度来保证。计算时要保证构件本身及其组成部份(杆件或板件)在荷载作用下不发生屈曲而丧失稳定(这种情况主要发生在受压或压弯构件上)。在实际计算中,一般是用稳定系数来限制钢材的设计强度。使构件中的最大应力不大于钢材的设计强度乘以稳定系数后的值。这样的公式在钢结构的受压和受弯的计算公式中均可见到。

稳定系数是个主要与构件的长细比(杆件)或高厚比(板件)有关的系数,控制了长细比和高厚比也就等于控制了构件的稳定。

所以说,构件本身的稳定因素主要是构件的计算长度和截面特性,包括平面内和平面外的两个方向。当然,还应该包括材料的强度和应力的大小。

如何防止钢结构整体失稳的方法

如何防止钢结构整体失稳的方法

如何防止钢结构整体失稳的方法

要防止钢结构整体失稳,可以采取以下几种方法:

1.合理选择材料和设计强度:在设计钢结构时,要根据实际使用要求

和结构承载力的要求合理选择钢材。同时,在设计中要保证结构的刚度、

稳定性和强度达到设计标准要求,确保结构不会发生失稳。

2.加强结构连接:在钢结构的连接处,采用合理的连接方式和连接件。可以使用焊接、螺栓连接或者搭接连接等方式,确保连接点的刚度和稳定性。同时,根据连接件的性能和材料的特点进行合理的预应力调整,增加

连接的抗震性能。

3.增加结构刚度:通过合理的布置构件、增加梁柱剪力连接和墙体的

设置等措施,提高钢结构的整体刚度。增加结构的刚度可以有效地减小结

构在受到外力作用时的变形和振动,减小失稳的可能性。

4.进行稳定性分析和强度验算:在设计钢结构时,要进行稳定性分析

和强度验算。通过对结构的力学性能进行计算和分析,推算结构在不同荷

载情况下的稳定性和失稳形态,以及结构各部分的承载能力是否满足设计

要求。

5.增加支撑和加强剪力墙:在结构设计中,可以增加支撑和加强剪力

墙的设置。通过增加支撑和剪力墙的布置,在结构的主要方向上增加了一

定的刚度和稳定性,减小了结构发生整体失稳的可能性。

6.进行模拟和试验:在设计阶段,可以进行一些模拟和试验工作。通

过模拟和试验,可以验证在设计中采取的各种措施是否有效,以及钢结构

在受到不同荷载和地震作用下的整体稳定性。

7.加强构件连接的验收和维护:在施工和使用阶段,要加强对构件连接的验收和维护。定期检查和维护钢结构的连接件,及时修复和更换存在问题的连接件,确保连接点的稳定性和完整性。

第四章 钢结构的稳定

第四章 钢结构的稳定

4.2 轴心受压构件的整体稳定性
4.2.2 初弯曲的影响
初弯曲的形式是多样的假设为半波正弦曲线,则
z z
z z z
杆件的挠度增加y,偏心矩为N(y+yo),截面内力抵抗 矩为-EIy",平衡方程如下: 对两端铰接的压杆在弹性阶段有: 联解上述三式得:
z
z
z
β称挠度放大系数
4.2 轴心受压构件的整体稳定性
是著名设计师特奥多罗〃库帕的一个真正有价值的"最佳、最 省的设计”.它没有架成。库帕忘乎所以地把大桥的长度由500米 加到600米,以成为世界上最长的桥。桥的建设速度很快,施工也很 完善。正当投资人士开始考虑如何为大桥剪彩时,忽然听到一阵震 耳欲聋的巨响——大桥的整个金属结构垮了。由于库帕的过分自 信而忽略了对桥梁重量的精确计算,导致了一场事故。
sz z
z z vs
z z a s
v a
P
P
则体系的振动方程为:

θ
l
0
dm) z] rθ Pl sin 0 [(z
dz l z
adm

ml 2 r Pl 0 3 r Pl 2 0 ml / 3 r Pl 2 方程解为: 2 ml / 3
4.2 轴心受压构件的整体稳定性
Ie——截面弹性区惯性矩 (弹性惯性矩) I——全截面惯性矩。 由于Ie/I<1,因此残余应力使轴心受压杆件的临界力和临界应力降低了。而此影响 对杆件的强轴和弱轴又是不一样的。 对强轴(X)屈曲时

钢结构工程施工规范确保结构稳定可靠的措施详解

钢结构工程施工规范确保结构稳定可靠的措施详解

钢结构工程施工规范确保结构稳定可靠的措

施详解

钢结构工程在现代建筑中扮演着重要的角色,其优异的力学性能和稳定可靠的特性使得其广泛应用于桥梁、厂房、高层建筑等领域。为确保钢结构工程的结构稳定可靠,施工过程中需要遵循一系列的规范和措施。本文将详细介绍钢结构工程施工规范,以及确保结构稳定可靠的措施。

一、施工前的准备工作

在进行钢结构工程施工前,必须进行充分的准备工作,包括但不限于以下内容:

1. 结构设计:根据工程的具体情况,设计合理的结构方案,并进行详细的结构计算和分析,确保结构能够承受设计荷载,保证施工后的结构稳定性。

2. 材料采购:选择符合国家标准和规范要求的钢材,并进行质量检测,确保材料的可靠性和合格性。

3. 地基处理:钢结构工程的稳定性直接受地基条件的影响,因此需要对地基进行必要的处理,包括加固、排水等措施,以确保地基的承载力和稳定性。

二、施工期间的控制措施

在施工期间,必须严格按照施工规范和安全操作要求进行操作,以

确保结构在施工过程中的稳定可靠性。以下是几项重要的控制措施:

1. 管理施工质量:在施工过程中,严格按照施工图纸和工艺要求进

行操作,特别注意焊接、连接等关键环节的质量控制,确保各个构件

之间的连接紧密、牢固。

2. 安全保护措施:钢结构工程的施工现场需要设置相应的安全护栏、警示标志等设施,确保工人的人身安全,避免施工过程中发生意外事故。

3. 施工组织与协调:针对具体工程的特点和施工难点,进行合理的

施工组织与协调,确保施工进度的顺利推进,并减少不必要的施工风险。

4. 检测与监控:施工期间,需要进行必要的检测与监控工作,包括

钢结构稳定问题概述钢结构承载力极限状态的六种情况1

钢结构稳定问题概述钢结构承载力极限状态的六种情况1

第二章钢结构稳定问题概述

钢结构承载力极限状态的六种情况:

(1)整个结构或其一部分作为刚体失去平衡(如倾覆);

(2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏;

(3)结构转变为机动体系(倒塌);

(4)结构或构件丧失稳定(屈曲等);

(5)结构出现过度的塑性变形,而不适于继续承载;

(6)在重复荷载作用下构件疲劳断裂。

在这些极限状态中,稳定性、抗脆断和疲劳的能力都对钢结构设计有重要意义。

2.1钢结构的失稳破坏

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中,都会遇到稳定问题。对这个问题处理不好,将造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故,其中影响很大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏,9000t钢结构全部坠入河中,桥上施工的人员有75人遇难。破坏是由悬臂的受压下弦失稳造成的。下弦是重型格构式压杆,当时对这种构件还没有正确的设计方法。缀条用得过小是出现事故的主要原因。其他形式的结构,如贮气柜立柱,运载桥的受压上弦和输电线路支架等,也都出现过失稳事故。

设计经验不足、性能还不十分清楚的新结构形式,往往容易出

现失稳破坏事故。大跨度箱形截面钢梁桥就曾在1970年前后出现多次事故。这些箱形梁设计上存在的主要问题之一是对有纵加劲的受压板件稳定计算没有考虑几何缺陷和残余应力的不利作用。认真总结失败的教训,结合进行必要的研究工作,就能得出规律性的认识,以指导以后的设计。轴心压杆的扭转屈曲,是人们了解得还不多的一个问题。美国哈特福特城的体育馆网架结构,平面尺寸为92m x 110m,突然于1978年破坏而落到地上。破坏起因虽然可以肯定是压杆屈曲,但究竟为何屈曲还是众说纷纭。杆件的截面为四个角钢组成的十字形。这种截面抗扭刚度低,有人认为扭转屈曲是起因,也有人认为起支撑作用的杆有偏心,未能起到预期的减少计算长度的作用才是起因。文献[2.16]经过深入分析,阐明这两个因素都起相当作用,并提出了偏心支撑对增强压杆稳定性的计算方法。

钢结构稳定性例题

钢结构稳定性例题

l1 = lw1 + 2hf = 47 + 2 × 4 = 55mm 取肢背焊缝长度为60mm。
1
y
z0
肢尖焊缝长度:
lw2
=
α2 N1
0.7
h
f
ηf
w f
=
1 × 26.8×103 3 0.7 × 4× 0.85×160
=
24mm
<
40mm
x
x
1
y
b
根据角焊缝计算长度的要求,取lw2 = 40mm l2 = lw2 + 2hf = 40 + 2× 8 = 48mm
第4章 单个构件的承载力-稳定性
缀条计算:
横向剪力为:
V = Af f y = 150×102 × 215 × 235 = 37.9kN
85 235
85
235
l1
θ
一个缀材面所受的剪力为:V1
=
V 2
=
37.9 2
= 19kN
一个斜缀条所受的轴力为:N1
=
V1
cosθ
=
19 cos 450
= 26.8kN
x
承受的轴心压力设计值为980kN,钢材为Q345
10
要求:验算轴心受压柱的整体稳定。
y
解:双角钢的截面特性为:A = 54.74cm2,ix = 4.34cm,iy = 6.12cm

钢结构稳定性设计的一些问题(共16张PPT)

钢结构稳定性设计的一些问题(共16张PPT)
题,其中最著名的是切线模量理论和折算模量理论。
第5页,共16页。
• 稳定问题的特点
多样性
弯曲屈曲是轴心受压构件的常见形式,但并非其唯一的失稳形式。轴心受压构件亦可呈
扭转屈曲,甚或弯扭屈曲的失稳形式。另一方面,不仅轴心受压构件,受弯构件和压弯 构件以及它们的受压板件都需要考虑稳定问题,与轴心受压构件相连接的节点板亦然。总
弹性二阶分析亦可通过放大系数由一阶分析的结果近似求得,计算较为简便。
特征:结构以大幅度的变形从一个平衡位形跳到另一个平衡位形。
初始倾斜率 使框架遭受力矩M=Ph 的作用,将这种作用转化为等效水平力H=M/h=P 对无初始倾斜框架的作用,这种从整体等价效应出发
而引入的水平力H称为假想水平力。
稳定问题的整体性不仅表现为构件之间的相互约束作用,也存在于围护结构与承重结构之间的相互约束作用中,只不过在通常的平面结构(框架
之,结构的所有受压部位在设计中都存在处理稳定的问题。
整体性
构件作为结构的组成单元,其稳定性不能就其本身去孤立地分析,而应当考虑相邻
构件对它的约束作用。这种约束作用显然要从结构的整体分析来确定。稳定问题的整 体性不仅表现为构件之间的相互约束作用,也存在于围护结构与承重结构之间的 相互约束作用中,只不过在通常的平面结构(框架和桁架)的分析中被忽略了。
P
h
是否考虑变形对平衡方程的影响而分别写出一阶和二阶弯矩:

钢结构失稳的原因

钢结构失稳的原因

钢结构失稳的原因

钢结构的失稳是指在受力条件下结构出现不稳定的现象,其可以导致

严重的结构崩塌和失效。钢结构失稳的原因可以分为四个方面:几何失稳、非线性效应、材料性质和设计缺陷。

第一,几何失稳是指结构的几何形状、尺寸和约束条件等方面不符合

稳定性要求,使结构容易发生失稳。几何失稳的原因包括截面的不对称、

异截面连接的刚度差异、轴力偏心等。例如,在结构中存在大跨度的梁时,如果梁截面不均匀,或者柱子太短,都会导致结构几何形态的不稳定。

第二,非线性效应是指结构在受力过程中,材料的力学性能不再服从

线性弹性规律,导致结构失去稳定性。例如,材料的塑性变形、屈曲和屈

服等非线性效应会使结构出现失稳现象。此外,初始缺陷、应力集中、温

度变化等也会导致结构产生非线性效应。

第三,材料性质是指材料自身的力学性能和物理性质导致结构失去稳

定性。钢材的弹性模量、屈服强度和塑性变形能力等都会影响结构的稳定性。材料性质的不均匀性和工艺缺陷也可能导致结构发生失稳。

第四,设计缺陷是指结构在设计过程中存在缺陷,导致结构失去稳定性。设计缺陷可能包括负荷计算不准确、结构连接不牢固、构件尺寸设计

不合理等。这些设计缺陷会导致结构的应力分布不均匀,从而降低结构的

稳定性。

为了避免钢结构失稳,应采取以下措施:

1.合理的结构几何形状和尺寸设计。确保结构的各个构件的截面尺寸

和约束条件的合理性,避免几何不稳定的情况出现。

2.加强结构的稳定性分析和设计。通过合理的分析方法和稳定性计算,预测结构可能的失稳模式和失稳载荷,并采取相应的措施加强结构的稳定性。

钢结构房屋稳定问题分析

钢结构房屋稳定问题分析

钢结构房屋稳定问题分析

钢材具有高强、质轻、力学性能良好等优点,是建造结构物的一种很好的建筑材料。随着建筑科学技术的日益发展,钢结构的建筑结构体系也日趋成熟,广泛地运用于大跨结构、空间结构及高层建筑等。在钢结构中,对于因受压、受弯和受剪等存在受压区的构件或板件,稳定性是一个极其突出的问题。它是决定结构承载力的重要因素,若处理不好,将可能使结构出现整体失稳或局部失稳。

建筑结构用的钢材具有很大的塑性变形能力。当结构因抗拉强度不足而强度破坏时,破坏前呈现较大的塑性变形,属于塑性破坏;但是当结构因受压稳定承载力不足而失稳破坏时,破坏突然且失稳前只有很小的变形,呈现脆性破坏的特征。因此,失稳破坏属于脆性破坏,危险性很大。对于从事钢结构设计、施工和科研的人员,掌握钢结构稳定理论及计算方法也就尤为重要。

1.钢结构稳定问题的类型

钢结构的失稳现象是多种多样的,就其性质而言,弹性稳定问题可以分为以下三类:

(1)平衡分岔屈曲

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,这类失稳问题称为平衡分岔屈曲,又称为第一类失稳。平衡分岔屈曲的特点是屈曲前后结构的形态改变。以完善的(即无缺陷、绝对直杆)轴心受压杆件为例,当构件端部的荷载P未达到某一限值时,构件始终保持着直线的稳定平衡状态,如果在其横向施加一微小干扰,构件微弯,但是一旦撤去干扰,构件又会立即恢复到原先的直线平衡状态。如果构件端部的荷载达到限值Pcr,构件会突然发生弯曲,即由原来的直线平衡状态转变到微弯的平衡状态,此时构件屈曲,即丧失稳定。构件所承受的极限荷载Pcr称为屈曲荷载或临界荷载。由于在同一个荷载点出现了平衡分岔现象,所以此类失稳称为平衡分岔失稳。

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点3篇

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点3篇

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设

计要点3篇

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点1

建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点

随着经济的发展和社会的进步,建筑工程结构的设计和建造技术也在不断进步。钢结构作为一种广泛使用的建筑工程结构,具有重量轻、刚度高、施工方便、耐火性好等优点,在大型建筑设计和建造中被广泛应用。

钢结构设计中的稳定性是一个重要的问题。稳定性是指结构在承载荷载作用下保持平衡状态下的能力。建筑工程中的钢结构设计要充分考虑稳定性,可把钢结构的稳定系数作为判断钢结构设计是否合理的一个重要指标。钢结构的稳定系数可以理解为钢结构的荷载能力与破坏能力之比。

在进行钢结构设计时,需要注意以下几个方面的要点:

1. 强度设计:强度设计是钢结构设计中最基本的设计要点。应考虑到荷载的影响,正确计算钢结构的强度和刚度,使其可以承受正常荷载以及附加的特殊荷载。

2. 稳定设计:稳定设计是在满足钢结构强度要求的基础上,充分考虑钢结构的自身稳定性,防止在承受外力作用下失去平衡,从而导致结构失效和安全事故的发生。

3. 细节设计:细节设计是指对连接、焊接等细节处进行设计。这些细节对结构的整体性能和安全性具有重要影响,在设计时需要充分考虑,并针对这些细节进行特别的设计和加固。

4. 施工方案设计:施工方案设计是指在结构设计的基础上,

采用合理的施工方案进行施工,确保施工的质量和安全性。在确定钢结构施工方案时,需要考虑结构的稳定性,合理安排施工步骤,减小对结构的影响,提升建筑工程的质量。

总体而言,建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点是建筑工程设计的关键因素。在设计钢结构时,应充分考虑到稳定性、强度、细节和施工方案等要素,确保建筑工程的质量和安全性,为社会和人民创造更加美好的生活环境

钢结构设计中的稳定问题

钢结构设计中的稳定问题

12 1 EA 2 1 e1 N1a 2 d1 2 0, N1cr EA1
a cos 3 1 b
设 1 2 , A1 A2 a tg1 2b N1cr 2 EA1 sin 1 cos 2 1 2 EA1 cos sin 2 N s EA1 cos sin 2
2P lC 1.0时,稳定 p1 0 : 2P 1.0时,不稳定,施加微小干扰结构溃塌或跳到p2 lC
1 sin 2P 1 p2 0 : 2 cos 1 sin 1 lC sin 1 sin
有极值点,
对于
Pmax 低于1.0 , Pcr
P 的表达式右端对w求导 Pcr
(极值点条件 P=Pmax)
wo k2 wo 2k 2 w 0 2 w w3 2k 2 k 2 w2 1 0 wo

w Pmax wo , w
3
wo
2k2
2
2 2 3 k2 P k2 max 1 3 3 wo 3 2 wo 3 4 4 P
2 2 2

2l ( 1 sin 1)
记: c , N NH N 1 sin l 1 sin l cos cos N , NV N N 2l 2 2l 2 1 sin
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稳定

1、稳定为何复杂

稳定是“混沌”问题比随机模糊都要复杂,欧拉公式至今已236年,但在稳定理论方面进展不大;随机问题可用概率法来解决,事先不知、事后可知;模糊问题属于有些说不清问题,属于经验的问题如专家系统等可以用模糊数学解决。但混沌问题理论较深缺乏数理资料,当前还无法解决,混沌的特点非线性,解的多样性、初始值敏感,因此振动,地震均是混沌。

2、第二类失稳是否是强度问题

从现象看似乎是强度问题,但应是稳定问题,强度与稳定的区分:强度是截面承载力而稳定是杆件整体承载力问题伴随大变形,过去规范用δ= N/φA是混淆概念,将稳定表达为强度,现已改进。

3、二阶效应与非线性分析有什么区别

二者本质一样,都是由变形后的轴线来求得平衡条件,但二者在要概念上有区别:非线性分析有几何非线性与物理非线性之分,二阶仅对一阶而只有几何非线性。对于柔性结构根本就没有一阶二阶之分就是非线性。

4、计算长度与非线性关系

计算长度是在一阶基础上考虑变形引起的附加弯矩,是近似的非线性分析,如悬臂柱计算长度L。=2L也就是悬臂柱所产生的附加弯矩与一个跨度2L的筒支柱的附加弯矩等效,以每筒的附加弯矩作为标准,计算长度是近似的,如一个悬臂柱设计数L。=2L,但在图5情况下左柱上下2个铰要倾倒,必须由右柱加以支持,精确计算右柱L0=2.69h,一个框架再加一个摇摆柱,要保证其不失稳必然靠框架支撑,因此按一般规范可给的框架计算长度即不对,应该

, n=P3/(P1+P2),而一般框架计算长度1.25,1.5也是考虑群柱作用即各柱互相

支持的问题,如悬臂柱有水平力时其计算长度即如图6:其合力延长线与曲线交点才是计算长度这些情况无法一一反映,因此计算长度是近似的。

5、网壳稳定是混沌问题,为何稳定问题无法解决

沈土钊院士陈昕教授最大的贡献是经过2800次试算

采用“一致缺陷摸态法”即结构缺陷分布正好与结构最

低阶的模态一致,得到在一般正常缺陷下稳定承载数值

不小于下临界点,这样就使计算工作简化,当然网壳稳

定的解决并不是从理论上解决,而是从工程处理上解决

了难题,因为数值分析,人为假定,失稳的荷载位移曲

线以控制变形来解决稳定。网壳稳定还有缺陷,即网壳

结构稳定与杆件稳定是分别独立计算的,未考虑其耦合作用。如整体稳定承载力破坏前会不会有个别杆件先失稳的影响。

网壳稳定一般是根据内力计算的截面进行稳定验算,如果稳定验算不够,好的办法应该是从结构体型上解决,如加高矢高,或改变支撑条件,加大端面高度等,局部双层也是一种措施。如只能靠加大截面时,如何判断是一个问题,一般可从失稳模态上分析,判断出加强部位;比较多的是全部加大截面因为杆件加大对稳定是互有支撑作用的,但加大断面的效果还是有限的。

稳定问题是一个未解决的问题,计算方法没有统一,人为假定很多,因此设计采用时应慎重。能用构造措施解决更好,否则尽量应力小、变形小

6、用几何非线性如何考虑物理非线性影响

单层网壳是多次超静定,千百个自由度解决稳定问题已属非常困难,如果再考虑物理非线性是不可能的,因此考虑物理非线性及缺陷敏感总的安全度取 4.2 (4.2=1.64x1.2/0.47,其中1.64为一般安全度,1.2为考虑缺陷敏感,0.47为考虑材料非线性),对于其他结构,稳定分析的公式如何考虑,看法不一、有的认为稳定中已包括物理非线性与缺陷敏感(如柱子曲线),有的稳定按几何非线性分析,但断面又考虑了弹塑性。这是当前国际上普遍存在的设计上矛盾,而又为大家所接受,现在尚未解决,但对使用阶段,二者并矛盾,因此这种稳定计算,考虑这种矛盾而且这些稳定计算尚未列入规程,设计中可以偏安全的乘以附加安全度1.2以上。

7、钢管立体桁架平面外稳定如何考虑

根据罗尧治教授研究与跨度L有关(图8)

L<80m a/h= 1/4

L=80-150m a/h= 1/3

L>150m a/h= 1/2

8、棱形柱,格构式柱、园弧实腹拱的平面内稳定如何计算。

根据郭彦林教授研究,这些结构稳定分析仍沿着实腹柱

设计思路,将受压直线等价归纳到计算长度,但入结构特性用正则化长细比,然后代入柱子稳定公式(详见清华大学郭彦林教授文章:棱形柱的稳定性能研究和应用,第十一届空间结构论文采实腹圆弧拱平面内稳定极限承载力设计清华大学论文钢结构技术总监(建筑篇)日本钢结构协会中国建筑出版社)。对于棱形柱由于枝杆可能有剪力,因此考虑剪力扭转影响。

9、交叉拱的稳定如何考虑

根据罗尧治教授分析:交叉拱的屈曲荷载比单拱高出4倍。

10、人行道的受压弦杆平面外不稳定如何办

人行桥有的希望上面弦杆外全无支撑,因此是难以解决的

问题(图9),现国外资料利用腹杆的刚度及受拉弦杆的扭转刚度

作为上弦压杆的支撑,具体算法可见(“空心管结构连接设计指

南JA,Packer J.E Headerson J.J CAO科学出版社”)

腹杆接平面桁架计算,原平面桁架公式中d1/do应折

算为de+d1/2d

代替。

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