第二章钢结构稳定问题概述
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2020/8/5
2020/8/5
2020/8/5
门式钢架摇摆柱的稳定问题与此类似 注意边柱的计算长度
局部稳定和整体稳定的关系
2020/8/5
整体缺陷促使截面局部弱化， 局部弱化反过来又影响整体承载力
5.失稳的多样性
2020/8/5
1.4 稳定设计的几项原则
• 结构整体布置必须考虑整个体系组成部分的稳 定性要求
第I类稳定：分岔屈曲－－稳定分岔屈曲
屈曲的特点：
由直的平衡状态过渡到微弯的平衡状态；完善构件在理想状态下发生； 屈曲后荷载有所增加，甚至增加很显著（可利用其屈曲后强度） 2020/8/注5 意：图中是N-△关系，而非N-挠度关系
第I类稳定：分岔屈曲－－稳定分岔屈曲
2020/8/5
第I类稳定：分岔屈曲－－不稳定分岔屈曲
（边长9.1米，高6.4米，91.44*109.73）
2020/8/5
失稳实例－－Hartford 城体育馆
原因分析：
受压弦杆和腹杆采 用4个等边角钢组 成的十字形截面， 抗扭刚度差； 设计时只考虑了弯 曲失稳，没考虑扭 转屈曲及支撑杆件 的弯扭屈曲。
2020/8/5
失稳实例－－辽宁某重型机械厂会议室
大变形、大挠度：－－三阶分析
2020/8/5
1
3
12 2
1
2.静定和超静定结构的区分失去意义 内力计算：
静定结构－－静力平衡关系，与变形无关 超静定结构－－静力平衡关系+变形协调 稳定计算：平衡法－－平衡微分方程同，边界条件有差
异，但都是基于变形后的状态
2020/8/5
静定和超静定结构的区分失去意义
2020/8/5
课程安排
• 钢结构基本性能（钢材的性能） • 钢结构的疲劳
• 钢结构的断裂 －－－－－《钢材材性》
钢结构稳定问题概述 拉杆 轴心压杆 受弯构件 压弯构件和框架 连接 构造设计 冷弯薄壁型钢结构特点 钢结构设计其它问题
2020/8/5
1. 钢结构稳定问题概述
• 1.1 钢结构失稳破坏概述 • 1.2 失稳的类别 • 1.3 稳定问题的特点 • 1.4 稳定设计的原则
2020/8/5
1.1 钢结构失稳破坏概述
• 稳定性是钢结构破坏的突出问题
钢结构破坏的极限状态； 钢结构容易失稳的原因； 失稳的例子；
钢结构受压失稳的脆性破坏特征
脆性破坏的特征 可靠度指标b
2020/8/5
失稳实例－－Quebec 钢桥的破坏
2020/8/5
1900 开Байду номын сангаас修建
失稳实例－－Quebec 钢桥的破坏
2020/8/5
1907 倒塌场景
破坏后果：
9000顿钢材掉入河 中；75人遇难。
原因分析：
悬臂4肢格构式下 弦压杆的缀材面积 太小（1.1％），导 致压杆单肢失稳， 而后整体失去稳定。
失稳实例－－Quebec 钢桥的破坏
1916 倒塌场景
（支点强度不足，10人死亡）
2020/8/5
最长的悬臂桥
失稳实例－－Hartford 城体育馆
2020/8/5
失稳实例－－辽宁某重型机械厂会议室
原因分析：
14米跨长的重型屋架设 计成梭形轻钢屋架； 受压腹杆中部的矩形钢 箍支撑没区分绕两个轴 的稳定性； 误用计算长度系数。 受压腹杆失稳导致破坏
破坏后果：
42人死亡； 179人受伤。
2020/8/5
失稳实例－－其它
前苏联古比雪夫列宁冶金厂车间钢屋架塌落：
2020/8/5
1.3 稳定问题的特点
• 要考虑变形对外力效应的影响
一阶分析；二阶分析；三阶分析
静定和超静定结构的区分失去意义 叠加原理不再适用 失稳分析的整体性 失稳的多样性
2020/8/5
1.要考虑变形对外力效应的影响
内力计算：不考虑变形的影响－－一阶分析
稳定计算：原则上要考虑变形的影响－－二阶分析
屋架系统的支撑布置；门架系统的支撑布置；体育馆
看台－－悬臂杆件；塔架杆件与横隔－－面外
要明确稳定设计方法的假设条件
框架柱－－横梁无轴力假定； 摇摆柱－－专门的计算长度
注意细部构造
隅撑的设置；拉条的设置；梁端部约束的作用……
2020/8/5
2020/8/5
失稳破坏的脆性特征
* 突然性，小变形，无征兆－－不同于受拉时的性能
2020/8/5
附：脆性破坏的可靠性指标b
* 脆性破坏更危险，可靠度指标要大些－－3.2；3.7
2020/8/5
1.2 钢结构失稳的类别
• 分岔屈曲
稳定分岔屈曲； 不稳定分岔屈曲
极值点失稳 跃越失稳
2020/8/5
长度相同的一对拉杆和压杆安装错误
1970年前后大跨度箱形截面钢梁桥事故：
带纵向加劲肋受压板未考虑初始缺陷和残余应力影响
输电线塔架腹杆失稳破坏：
未考虑支撑杆件在平面外自身的变形问题导致的约束作用下降
…….go back
2020/8/5
失稳破坏的脆性特征
* 突然性，小变形，无征兆－－不同于受拉时的性能
屈曲的特点：
屈曲后荷载显著降低方可保持平衡（有限干扰屈曲）； 缺陷敏感性
2020/8/5
第II类稳定：极值点失稳
屈曲的特点：
2020/8/5
偏心压杆及非完善构件；失稳时一般已进入塑性状态； 破坏的本质是考虑双重非线性后的强度问题
第III种失稳类型：跃越失稳
屈曲的特点：
发生屈曲后，经历一个大变形过程到达一个新的强度回升的路径（但是：此 时结构一般不能正常使用）；
2020/8/5
静定和超静定结构的区分失去意义
2020/8/5
3.叠加原理不再适用
叠加原理：适用条件－－弹性；小变形
2020/8/5
2020/8/5
4.稳定要作整体分析 强度问题：某个截面的应力大小问题 稳定问题：与构件的整体刚度有关系，而仅非截面问题
2020/8/5
构件和整体结构的关系
***错误的解答：左柱按两端铰接，计算长度1.0； 右柱按悬臂柱，计算长度2.0；
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门式钢架摇摆柱的稳定问题与此类似 注意边柱的计算长度
局部稳定和整体稳定的关系
2020/8/5
整体缺陷促使截面局部弱化， 局部弱化反过来又影响整体承载力
5.失稳的多样性
2020/8/5
1.4 稳定设计的几项原则
• 结构整体布置必须考虑整个体系组成部分的稳 定性要求
第I类稳定：分岔屈曲－－稳定分岔屈曲
屈曲的特点：
由直的平衡状态过渡到微弯的平衡状态；完善构件在理想状态下发生； 屈曲后荷载有所增加，甚至增加很显著（可利用其屈曲后强度） 2020/8/注5 意：图中是N-△关系，而非N-挠度关系
第I类稳定：分岔屈曲－－稳定分岔屈曲
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第I类稳定：分岔屈曲－－不稳定分岔屈曲
（边长9.1米，高6.4米，91.44*109.73）
2020/8/5
失稳实例－－Hartford 城体育馆
原因分析：
受压弦杆和腹杆采 用4个等边角钢组 成的十字形截面， 抗扭刚度差； 设计时只考虑了弯 曲失稳，没考虑扭 转屈曲及支撑杆件 的弯扭屈曲。
2020/8/5
失稳实例－－辽宁某重型机械厂会议室
大变形、大挠度：－－三阶分析
2020/8/5
1
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2.静定和超静定结构的区分失去意义 内力计算：
静定结构－－静力平衡关系，与变形无关 超静定结构－－静力平衡关系+变形协调 稳定计算：平衡法－－平衡微分方程同，边界条件有差
异，但都是基于变形后的状态
2020/8/5
静定和超静定结构的区分失去意义
2020/8/5
课程安排
• 钢结构基本性能（钢材的性能） • 钢结构的疲劳
• 钢结构的断裂 －－－－－《钢材材性》
钢结构稳定问题概述 拉杆 轴心压杆 受弯构件 压弯构件和框架 连接 构造设计 冷弯薄壁型钢结构特点 钢结构设计其它问题
2020/8/5
1. 钢结构稳定问题概述
• 1.1 钢结构失稳破坏概述 • 1.2 失稳的类别 • 1.3 稳定问题的特点 • 1.4 稳定设计的原则
2020/8/5
1.1 钢结构失稳破坏概述
• 稳定性是钢结构破坏的突出问题
钢结构破坏的极限状态； 钢结构容易失稳的原因； 失稳的例子；
钢结构受压失稳的脆性破坏特征
脆性破坏的特征 可靠度指标b
2020/8/5
失稳实例－－Quebec 钢桥的破坏
2020/8/5
1900 开Байду номын сангаас修建
失稳实例－－Quebec 钢桥的破坏
2020/8/5
1907 倒塌场景
破坏后果：
9000顿钢材掉入河 中；75人遇难。
原因分析：
悬臂4肢格构式下 弦压杆的缀材面积 太小（1.1％），导 致压杆单肢失稳， 而后整体失去稳定。
失稳实例－－Quebec 钢桥的破坏
1916 倒塌场景
（支点强度不足，10人死亡）
2020/8/5
最长的悬臂桥
失稳实例－－Hartford 城体育馆
2020/8/5
失稳实例－－辽宁某重型机械厂会议室
原因分析：
14米跨长的重型屋架设 计成梭形轻钢屋架； 受压腹杆中部的矩形钢 箍支撑没区分绕两个轴 的稳定性； 误用计算长度系数。 受压腹杆失稳导致破坏
破坏后果：
42人死亡； 179人受伤。
2020/8/5
失稳实例－－其它
前苏联古比雪夫列宁冶金厂车间钢屋架塌落：
2020/8/5
1.3 稳定问题的特点
• 要考虑变形对外力效应的影响
一阶分析；二阶分析；三阶分析
静定和超静定结构的区分失去意义 叠加原理不再适用 失稳分析的整体性 失稳的多样性
2020/8/5
1.要考虑变形对外力效应的影响
内力计算：不考虑变形的影响－－一阶分析
稳定计算：原则上要考虑变形的影响－－二阶分析
屋架系统的支撑布置；门架系统的支撑布置；体育馆
看台－－悬臂杆件；塔架杆件与横隔－－面外
要明确稳定设计方法的假设条件
框架柱－－横梁无轴力假定； 摇摆柱－－专门的计算长度
注意细部构造
隅撑的设置；拉条的设置；梁端部约束的作用……
2020/8/5
2020/8/5
失稳破坏的脆性特征
* 突然性，小变形，无征兆－－不同于受拉时的性能
2020/8/5
附：脆性破坏的可靠性指标b
* 脆性破坏更危险，可靠度指标要大些－－3.2；3.7
2020/8/5
1.2 钢结构失稳的类别
• 分岔屈曲
稳定分岔屈曲； 不稳定分岔屈曲
极值点失稳 跃越失稳
2020/8/5
长度相同的一对拉杆和压杆安装错误
1970年前后大跨度箱形截面钢梁桥事故：
带纵向加劲肋受压板未考虑初始缺陷和残余应力影响
输电线塔架腹杆失稳破坏：
未考虑支撑杆件在平面外自身的变形问题导致的约束作用下降
…….go back
2020/8/5
失稳破坏的脆性特征
* 突然性，小变形，无征兆－－不同于受拉时的性能
屈曲的特点：
屈曲后荷载显著降低方可保持平衡（有限干扰屈曲）； 缺陷敏感性
2020/8/5
第II类稳定：极值点失稳
屈曲的特点：
2020/8/5
偏心压杆及非完善构件；失稳时一般已进入塑性状态； 破坏的本质是考虑双重非线性后的强度问题
第III种失稳类型：跃越失稳
屈曲的特点：
发生屈曲后，经历一个大变形过程到达一个新的强度回升的路径（但是：此 时结构一般不能正常使用）；
2020/8/5
静定和超静定结构的区分失去意义
2020/8/5
3.叠加原理不再适用
叠加原理：适用条件－－弹性；小变形
2020/8/5
2020/8/5
4.稳定要作整体分析 强度问题：某个截面的应力大小问题 稳定问题：与构件的整体刚度有关系，而仅非截面问题
2020/8/5
构件和整体结构的关系
***错误的解答：左柱按两端铰接，计算长度1.0； 右柱按悬臂柱，计算长度2.0；