钢结构的破坏形式资料

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
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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
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。
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Hale Waihona Puke Baidu线平衡形式的稳定性。
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
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。
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钢结构的可能破坏形式
3.2 结构和构件的局部失稳
3 钢结构的 可能破坏形式
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 钢结构的 可能破坏形式
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。
稳定平 衡状态
N增大到一定数值(Ncr)
干扰力除去后，不能恢复到原 临界平 直线平衡状态,保持微弯状态 衡状态
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
不稳定平 衡状态
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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
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:
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钢结构的可能破坏形式
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
3 钢结构的 可能破坏形式
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钢结构的可能破坏形式
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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
3.1 结构的整体失稳破坏
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。
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。
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
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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
弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳
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钢结构的可能破坏形式
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。
3 钢结构的 可能破坏形式
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钢结构的可能破坏形式
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。
3 钢结构的 可能破坏形式
3 钢结构的可能破坏形式
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。
➢ 整体失稳 ➢ 局部失稳 ➢ 强度破坏 ➢ 脆性断裂 ➢ 疲劳破坏
3 钢结构的 可能破坏形式
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。
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钢结构的可能破坏形式
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。
3 钢结构的 可能破坏形式
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。称为疲劳破坏。
破坏特点：
（1）疲劳破坏时的应力小于钢材的屈服强度，钢材的塑性还没有展开， 属于脆性破坏。危险性大。
（2）疲劳破坏的断口与一般脆性破坏的断口 不同。一般脆性破坏后的断口平直，呈有光泽 的晶粒状或人字纹。而疲劳破坏的主要断口特 征是放射和年轮状花纹。
3.4 结构的脆性断裂
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。
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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
3.5 结构的疲劳破坏
（3）疲劳对缺陷十分敏感。
原因： 缺陷、微观裂纹、宏观裂纹。
注意：结构只有在循环拉应力作 用下才有可能发生疲劳破坏。
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疲劳断裂过程
裂纹形成
3 钢结构的 可能破坏形式
裂纹稳定扩展
裂纹失稳 扩展断裂
疲劳分类
高周疲劳（应力疲劳）
工作应力小于fy，没有明显的塑性变形， 寿命n≥5×104次。如吊车梁、桥梁、海洋平 台在日常荷载下的疲劳破坏