钢结构稳定理论-1
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哈尔滨工业大学
主要内容：
1、绪论 2、轴心轴压构件的弯曲屈曲 3、求解稳定问题的近似方法 4、压弯构件的弯曲屈曲 5、刚架的稳定 6、薄壁杆件的弯扭屈曲 7、板件的稳定
前5章以课堂讲授为主，后2章以学生课后自学为主
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
主要参考书：
1、陈骥，钢结构稳定理论与设计，科学出版社，2001. （或2004第二版）
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
大跨度波纹拱屋盖
我国东北、内蒙古、新疆曾有大量使用，用于仓库、 临时罩棚等设施。但有些结构在大雪后倒塌。 破坏原因：波纹拱的畸变屈曲没有给予很好的考虑。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
破坏后
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
美国Connecticut州Hartford城一体育馆网架，1978年1
பைடு நூலகம்
月大雨雪后倒塌。 工程概况：91.4m×109.7m网架，四个等边角钢组成的十 字形截面杆件。 破坏原因：只考虑了压杆的弯曲屈曲，没有考虑弯扭屈 曲。
我国新修订的2004年钢结构规范中已考虑了弯扭屈曲的相关 设计理论。
破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
我国其它一些地方的门式刚架也发生过倒塌事故，从设计、 制作、到安装阶段都有可能出现问题。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
§1-2 稳定问题分类
1）按平衡状态分
理想轴压或压弯构件或结构的稳定(perfect)
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
buckling的利用）
筒壳的失稳（缺陷敏感性失稳）
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
§1-3 稳定的基本概念
1）强度与稳定的区别
结构失稳是指在外力作用下，结构的平衡状态开始丧
失稳定性，稍有扰动，则变形迅速增加，使结构破坏。 即在稳定问题中，力与位移不是成比例的线性关系。
研究的位置 只涉及某一 强度 截面上的应 问题 力应变状态 分析方法 叠加原理 能够使用叠加 原理 解的特点
又称：分岔失稳或第一类稳定问题(bifurcation instability) 定义：由原来的平衡状态变为一种新的微弯（或微扭） 平衡状态。
相应的荷载NE——屈曲荷载、临界荷载、平衡分岔荷载 此类稳定又可分为两类： 稳定分岔失稳
不稳定分岔失稳
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
2、吕烈武、沈世钊、沈祖炎、胡学仁，钢结构构件稳定 理论，中国建筑工业出版社，1983.
3、钟善桐，钢结构稳定设计，中国建筑工业出版社， 1991.
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
第一章
绪 论
§1-1 钢结构稳定问题的重要性
1）钢材的特点决定了稳定问题更加突出
轻质、高强、力学性能好； 与砼比，尺寸轮廓小，构件细长，板件薄柔；
颠倒。
1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。
起因是受力较大的钢屋架端斜杆失稳。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
1990年2月，辽宁省某重型机械厂新增一会议室。
破坏原因：只有14.4m跨的轻钢梭形屋架腹杆平面外出现 半波屈曲，致使屋盖迅速塌落。误用重型屋盖结构。 且错用了计算长度系数，λy>300。 事故后果：305人开会期间倒塌，造成42人死亡、179人 受伤。
1）静力准则和静力法（平衡法）
设所研究的弹性体系在外力作用下的某一平衡位置的
无限接近的相邻位置也是平衡的，则所探讨的平衡位 置是随遇的；
在此平衡位置建立平衡方程，求得临界荷载；
找到所有临界状态，其临界荷载最低的状态为真正的
失稳状态；
这种方法只能得到临界荷载，不能判别稳定性类别。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
非理想轴压或压弯构件或结构的稳定(imperfect)
又称：极值点失稳或第二类稳定问题(limit-load-instability)
定义：平衡状态渐变，不发生分岔现象。
相应的荷载Nmax——失稳极限荷载或压溃荷载。
大部分的实际工程结构都存在一定的初始几何 缺陷，其失稳形式都属于第二类稳定问题。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
初始几何缺陷δ越大，弹塑性临 界承载力越低
钢结构稳定理论
跃越稳定(snap
through instability)
哈尔滨工业大学
平衡→失稳（失去承载力）→新的平衡
钢结构稳定理论
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2）按失稳现象分
构件失稳 部分结构或整体结构失稳（体系失稳） 板件失稳（屈曲后强度post
一阶弹性分析
解具有单值性
与整个构件 要考虑构件已变形 几何非线性问 可能有多个平衡位置 稳定 的所有截面 状态下的平衡关系， 题，叠加原理 (特征值)解具有多值性。 问题 均有关系 属于二阶分析 不再适用 一般要寻求最小临界力
钢结构稳定理论
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2）判别稳定性的基本原则
对处于平衡状态的体系施加一个微小干扰，当干扰撤
易发生整体失稳和局部失稳；
失稳时经常具有突然性的几何形状的改变。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
2）钢结构失稳破坏的例子
1907年，加拿大跨越魁北克(Quebec)河三跨伸臂桥
工程概况：两边跨各长152.4m，中间跨长548.6m(包括由 两个边跨各悬挑出的171.4m)。
破坏原因：格构式下弦压杆的角钢缀条过于柔弱、失稳， 其总面积只占弦杆截面面积的1％。
去后，如体系恢复到原来的位置，该平衡是稳定平衡， 否则是不稳定的。
稳定平衡
不稳定平衡
随遇平衡
Stability equilibrium Instability equilibrium Neutral equilibrium
钢结构稳定理论
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§1-4 弹性稳定问题的基本判别准则和 分析方法
直接损失：架桥工程中9000t钢桥坠入河中，75员工遇难。
1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。
钢结构稳定理论
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钢结构稳定理论
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前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，
有17起属稳定问题。 （设计、制作、安装或使用不当都可能引发稳定事故）
例如：
1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀 1200m2屋盖塌落。起因是一对尺寸相同的拉压杆装配
主要内容：
1、绪论 2、轴心轴压构件的弯曲屈曲 3、求解稳定问题的近似方法 4、压弯构件的弯曲屈曲 5、刚架的稳定 6、薄壁杆件的弯扭屈曲 7、板件的稳定
前5章以课堂讲授为主，后2章以学生课后自学为主
钢结构稳定理论
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主要参考书：
1、陈骥，钢结构稳定理论与设计，科学出版社，2001. （或2004第二版）
钢结构稳定理论
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钢结构稳定理论
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大跨度波纹拱屋盖
我国东北、内蒙古、新疆曾有大量使用，用于仓库、 临时罩棚等设施。但有些结构在大雪后倒塌。 破坏原因：波纹拱的畸变屈曲没有给予很好的考虑。
钢结构稳定理论
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破坏后
钢结构稳定理论
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宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。
钢结构稳定理论
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美国Connecticut州Hartford城一体育馆网架，1978年1
பைடு நூலகம்
月大雨雪后倒塌。 工程概况：91.4m×109.7m网架，四个等边角钢组成的十 字形截面杆件。 破坏原因：只考虑了压杆的弯曲屈曲，没有考虑弯扭屈 曲。
我国新修订的2004年钢结构规范中已考虑了弯扭屈曲的相关 设计理论。
破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。
钢结构稳定理论
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我国其它一些地方的门式刚架也发生过倒塌事故，从设计、 制作、到安装阶段都有可能出现问题。
钢结构稳定理论
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§1-2 稳定问题分类
1）按平衡状态分
理想轴压或压弯构件或结构的稳定(perfect)
钢结构稳定理论
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buckling的利用）
筒壳的失稳（缺陷敏感性失稳）
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
§1-3 稳定的基本概念
1）强度与稳定的区别
结构失稳是指在外力作用下，结构的平衡状态开始丧
失稳定性，稍有扰动，则变形迅速增加，使结构破坏。 即在稳定问题中，力与位移不是成比例的线性关系。
研究的位置 只涉及某一 强度 截面上的应 问题 力应变状态 分析方法 叠加原理 能够使用叠加 原理 解的特点
又称：分岔失稳或第一类稳定问题(bifurcation instability) 定义：由原来的平衡状态变为一种新的微弯（或微扭） 平衡状态。
相应的荷载NE——屈曲荷载、临界荷载、平衡分岔荷载 此类稳定又可分为两类： 稳定分岔失稳
不稳定分岔失稳
钢结构稳定理论
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钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
2、吕烈武、沈世钊、沈祖炎、胡学仁，钢结构构件稳定 理论，中国建筑工业出版社，1983.
3、钟善桐，钢结构稳定设计，中国建筑工业出版社， 1991.
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
第一章
绪 论
§1-1 钢结构稳定问题的重要性
1）钢材的特点决定了稳定问题更加突出
轻质、高强、力学性能好； 与砼比，尺寸轮廓小，构件细长，板件薄柔；
颠倒。
1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。
起因是受力较大的钢屋架端斜杆失稳。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
1990年2月，辽宁省某重型机械厂新增一会议室。
破坏原因：只有14.4m跨的轻钢梭形屋架腹杆平面外出现 半波屈曲，致使屋盖迅速塌落。误用重型屋盖结构。 且错用了计算长度系数，λy>300。 事故后果：305人开会期间倒塌，造成42人死亡、179人 受伤。
1）静力准则和静力法（平衡法）
设所研究的弹性体系在外力作用下的某一平衡位置的
无限接近的相邻位置也是平衡的，则所探讨的平衡位 置是随遇的；
在此平衡位置建立平衡方程，求得临界荷载；
找到所有临界状态，其临界荷载最低的状态为真正的
失稳状态；
这种方法只能得到临界荷载，不能判别稳定性类别。
钢结构稳定理论
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非理想轴压或压弯构件或结构的稳定(imperfect)
又称：极值点失稳或第二类稳定问题(limit-load-instability)
定义：平衡状态渐变，不发生分岔现象。
相应的荷载Nmax——失稳极限荷载或压溃荷载。
大部分的实际工程结构都存在一定的初始几何 缺陷，其失稳形式都属于第二类稳定问题。
钢结构稳定理论
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初始几何缺陷δ越大，弹塑性临 界承载力越低
钢结构稳定理论
跃越稳定(snap
through instability)
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平衡→失稳（失去承载力）→新的平衡
钢结构稳定理论
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2）按失稳现象分
构件失稳 部分结构或整体结构失稳（体系失稳） 板件失稳（屈曲后强度post
一阶弹性分析
解具有单值性
与整个构件 要考虑构件已变形 几何非线性问 可能有多个平衡位置 稳定 的所有截面 状态下的平衡关系， 题，叠加原理 (特征值)解具有多值性。 问题 均有关系 属于二阶分析 不再适用 一般要寻求最小临界力
钢结构稳定理论
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2）判别稳定性的基本原则
对处于平衡状态的体系施加一个微小干扰，当干扰撤
易发生整体失稳和局部失稳；
失稳时经常具有突然性的几何形状的改变。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
2）钢结构失稳破坏的例子
1907年，加拿大跨越魁北克(Quebec)河三跨伸臂桥
工程概况：两边跨各长152.4m，中间跨长548.6m(包括由 两个边跨各悬挑出的171.4m)。
破坏原因：格构式下弦压杆的角钢缀条过于柔弱、失稳， 其总面积只占弦杆截面面积的1％。
去后，如体系恢复到原来的位置，该平衡是稳定平衡， 否则是不稳定的。
稳定平衡
不稳定平衡
随遇平衡
Stability equilibrium Instability equilibrium Neutral equilibrium
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
§1-4 弹性稳定问题的基本判别准则和 分析方法
直接损失：架桥工程中9000t钢桥坠入河中，75员工遇难。
1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。
钢结构稳定理论
哈尔滨工业大学
钢结构稳定理论
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前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，
有17起属稳定问题。 （设计、制作、安装或使用不当都可能引发稳定事故）
例如：
1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀 1200m2屋盖塌落。起因是一对尺寸相同的拉压杆装配