钢结构论文

浅析温度对钢结构稳定性的影响

工程管理专业硕士张诚 2014282100114

摘要:钢结构越来越被广泛使用，钢结构的稳定性也越来越被重视。本文主要阐述了温度对钢结构稳定性的影响，再在此基础上，浅层次地探讨研究尺度效应下温度对钢结构稳定性的影响的思路。

关键词:钢结构，稳定性，温度，尺度效应

Abstract:The stability of the steel structure is payed more and more attention to,for the steel structure is more and more widely used.This thesis mainly expounds .On this basis，the thesis also discusses the thought of researching the effect the temperature takes to the stability of the steel structure under the scale effect in shallow level.

Keyword:steel structure,stability,temperature, scale effect

0 引言

众所周知，现代钢筋混凝土结构成为建筑主体结构形式，但钢结构以承载力大，抗震性好、施工安装方便、工期短，且空间大、视觉效果好、给人以美的感观等独特的优势占据着建筑界一席之地。中国钢结构起步比较晚，在上世纪50 年代，中国还处于一穷二白时期，钢材紧缺，钢材仅用于国防建设和工厂机械的生产。到了上世纪80 年代，中国钢结构才有了零的突破，上世纪90 年代，钢结构生产约达到100×104t，而到2004 年具不完全统计，国内生产钢结构产量达900×104t，增长了约9 倍；钢结构房屋在上世纪80 年代只有240×104m2，现在平均每年就新增加2400×104m2，增加了10 倍。现在我国主要的钢铁大型生产企业有首钢、宝钢、鞍钢、武钢、河北钢铁集团等，钢铁产量以年均8%的速度向前迅猛发展。目前钢结构在国内外大型工程中得到广泛的运用，随着世界经济的飞速发展，在经济建设当中需要大量的钢结构厂房，尤其是在钢厂、造船厂、飞机制造厂等需要大跨度结构厂房。这就需要建造高度更高、跨度更大的飞机装配车间和飞机库。此外，如造船厂的船体结构车间和大城市中的大型停车场等建筑，也都需要采用大跨度结构。在这些大跨钢结构体系当中几乎采用了所有的结构形式，包括轻钢结构、钢框架、钢拱结构、钢网架及悬索结构等。

对于那些存在受压区的结构或超大型钢构件，如果处理不当，可能会引起钢结构的局部或者整体失稳，一旦失稳，结构或者构件的几何形状将会出现剧烈改变从而完全丧失承载能力。因此，钢结构的稳定性能是决定其承载能力的重要因素。尤其需要注意的是：在超大型钢结构体系要求着重考虑温度产生的结构变形和位移，支座控制条件和产生的温度应力，柱和梁的整体稳定性、局部稳定性以及屈曲和挠度、长细比、柱轴压比和层间位移比、层间角位移。

1 温度对钢结构的影响的研究

1.1研究背景

随着越来越多的大跨钢结构被广泛应用，温度变化问题也成为大跨钢结构不可忽视却往往被忽视的问题。国家规范《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第8.1.5 条严格规定了温度区的长度，目的是有效的控制温度变形、减少温度应力。钢结构构件两端被约束，没有伸张的余地，在夏季高温环境下产生较大的变形，钢结构内部产生较大的温度应力不能释放，当夜晚来临的时候，钢结构由于温度降低而收缩，又产生新的温度应力，在多次温度应力交

替作用下，钢结构构件连接处的焊缝成为应力集中点，有可能产生破坏使结构失效。虽然国内外学者对钢结构在温度变化产生的影响有一定的研究，但是由于受外界诸多因素的影响，例如理论的不完善、实验条件的约束及工程应用水平，至今学者们对温度应力、温度变形和温度对大跨钢结构其它方面的影响都很难把握。随着世界经济的发展，采用大跨钢结构体系也越来越多，这些用于民用和工业的机场、火车站、体育场、大型展览馆、钢结构厂房要求跨度大、空间大，在不设缝的情况下长度和宽度超过了国家规范要求。当前对超大型钢结构的力学性能还不能很好的掌握，这就要求充分深入的研究钢结构温度应力、应变，采取有效措施控制其温度应力应变。过大的变形给人以不安全的感觉，甚至造成整个结构的破坏，这就要求我们增加钢结构构件的刚度控制其变形，但是这样不但会浪费材料，曾加造价，而且在约束结构变形之后会产生过大温度的应力，所以要同时控制好温度应力和温度变形。过大的温度变形不行，过大的温度应力也不行，要使它们各占适当的比例。因此我们要深入研究温度对超大型钢结构的影响，使理论更加完善，使结构设计更加规范合理。

随着科学技术的发展，世界各国对温度对超大型钢结构影响研究分析得到大的发展，由原来的宏观计算发展到微观计算，运用有限元原理可以精确的分析钢结构的温度应力、温度应变、位移、屈曲、整体稳定性、局部稳定性、达到对钢结构的非线性分析，形成了一个独特的研究领域。到本世纪初，计算机领域得到前所未有的发展，计算软件技术也越来越高，计算机语言极大的满足了钢结构设计计算的要求。大多数科研人员运用计算机软件对超大钢结构进行模拟分析得到的数据及实验得到的数据运用原有的理论相结合分析。

1.2研究方法的发展

(1)计算分析的发展

原有的对钢结构的认识只介于基本的理论公式对钢结构构件进行近似计算，进行等效静力分析，其结果粗略。现在可以根据实际工程包括钢平面结构、钢网架结构、钢悬索结构运用先进的现代化精密仪器进行了许多测试试验，可以得出精确的数据，研究人员可根据实际情况逐步深入，使其复杂问题可以得到简单解决。计算机的发展使研究更加简单化，应用有限元原理把超大钢结构离散成无数个小单元，并对各个小单元进行计算分析，一般单元越小越多，计算的精度越好。一些计算设计软件的发明，如ANSYS 软件、PKPM 软件及SAP2000 软件等都能对钢结构构件做出精确的计算，方便了研究。

（2）理论分析的发展

现在理论研究由原有的线行向非线性发展，由弹性分析向弹塑性及塑性发展，利用有限