钢结构构件稳定性的分析

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1、钢结构构件稳定性的分析何熊伟重庆交通大学大学土木工程学院摘要：结构及构件的整体，局部稳定性设计是按照满足第一极限状态—承载能力极限状态的要求进行计算的。现今的稳定性理论在诸多方面都还处于发展，研究阶段。但对于钢结构设计而已，稳定性设计在结构的安全性，耐久性等方面有着重要的影响。钢结构及其梁、柱、板件的承载能力在很大程度上取决于它们的稳定性。因此，充分理解结构稳定性的力学本质和掌握结构稳定设计方法，对做好钢结构设计至关重要。本文就稳定性的设计计算中涉及到的相关问题进行进一步的分析。关键字：承载能力

2、极限；整体稳定性；局部稳定性引言进行工程结构涉及，需要考察其强度条件、刚度条件、稳定性条件等是否满足。钢材具有高强、质轻、力学性能良好的优点，是工程结构的一种极好的建筑材料。在钢结构工程设计中，其稳定问题与强度问题同样重要。其原因在于钢材的强度高用它制造的结构构件质轻、形长而壁薄，因而它们在压（应）力或剪（应）力作用下就有可能失稳。在钢结构的可能破坏形式中，属于失稳破坏的形式包括：结构和构件的整体失稳；结构和构件的局部失稳。当结构在荷载作用下失稳时，如果结构的大部分区域或者几乎整个结构偏离初始平

3、衡位置儿发生大的几何变形或变位，这样的屈曲失稳现象称为结构的整体失稳。当结构在荷载作用下失稳时，如果结构中偏离初始平衡位置的失稳变形仅限于结构的某个或某些局部区域，而其他区域几乎未发生偏离初始平衡位置的变形，也就是说结构的几何外形总体上未发生明显的变化，这样的屈曲失稳现象称为结构的局部失稳。1稳定性的研究发展情况1.1稳定性研究取得的进展结构稳定性的传统力学理论以弹性结构的后屈曲平衡状态为对象，在经典线性稳定理论的基础上，分析弹性保守系统的平衡稳定性。近代结构稳定性理论是由研究轴压圆柱薄壳的失稳

4、现象发展起来的，大约可分为三个阶段：即Donnell-Karman-钱学森非线性大变形理论、Stein非线性前屈曲一致理论、Koiter-Thompson-Hunt初始后屈曲理论。这些理论丰富和完善了结构稳定的基础理论。随着数值计算方法的成熟应用，人们可以准确获得结构的变形和构件的内力，进行构件的设计演算。但关于结构整体稳定的计算方法、结构局部稳定与整体稳定的关系、整体失稳的判定准则，国内外均经历了一个曲折的研究发展过程。随着计算机技术的日益发展和广泛应用，数值计算技术同时得到迅速发展，其中工程

5、上应用最广、最具代表的有限元理论迅速兴起。国内外学者和工程师在结构大位移几何非线性理论、结构整体稳定性理论、非线性平衡方程求解技术、结构非线性平衡路径的跟踪技术、结构临界点的搜索与确定、大跨度钢结构整体稳定极限承载力的评定等方面，进行了大量的研究并取得了众多研究成果，很多研究成果已被通用的有限元软件采用。目前，非线性有限元理论已成为结构整体稳定性计算的主要方法和工具。1.2稳定性研究遇到的问题钢结构自应用以来，稳定性问题一直是结构设计的主要问题或控制因素。迄今为止，人们对钢结构稳定性的研究成果主

6、要集中在关于钢结构基本构件的理论与试验研究。各种构件的稳定性分析理论和数值计算方法已成为现行国家设计规范的基础。然而，关于一个钢结构工程系统的整体稳定性分析方法与判定准则的理论与试验研究，目前虽然已有很多成果，但还不完善，尚缺乏成熟的分析理论和设计方法可应用于实际工程设计和规范的修订。另外钢结构体系的稳定性研究中也存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。2稳

7、定性研究的内容2.1稳定性影响因数钢结构设计中，影响结构，构件稳定性的因数主要包括内因和外因。其中外因主要是来自外部的荷载及作用，如结构或构件承受的直接荷载，间接荷载以及温度作用，沉陷作用。这类作用对于结构或构件是固有的，几乎是必须直接考虑而不能做任何改变的。对于内部的影响因数，从经验及设计公式中，可以得出结构或构件的稳定性还受自身的截面类型，构件的长细比以及构件自身的物理性质有关，例如弹性模量，截面尺寸，内部的缺陷等等。2.2稳定性系数的确定稳定系数讨论的是结构，构件的整体稳定系数。2.2.1

8、轴心受压构件轴心受压构件的整体稳定系数定义如下：整体稳定系数值应根据截面分类和构件的长细比，查表求的。稳定系数值可以拟合柏利（Perry）公式的形式来表达，即：此时值不再以截面的边缘屈服为准则，而是先按最大强度理论确定出杆的极限承载力后再反算出值。因此式中的值实质为考虑初弯曲、残余应力等综合影响的等效初弯曲率。但当时，Perry公式不再适用，规范采用一条近似曲线，使与相衔接，即：系数分别等于以0.41（a类截面）、0.65（b类截面）、0.73（c类截面）和1.35(d类截面)。2.2.2受弯构