钢结构稳定问题概述.ppt

钢结构设计原理 教师 赵宝成2012年09月 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 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 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 失稳实例 Quebec钢桥的破坏 1900开始修建 失稳实例 Quebec钢桥的破坏 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 破坏后果 9000顿钢材掉入河中 75人遇难 1907倒塌场景 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 最长的悬臂桥 失稳实例 Hartford城体育馆 边长9 1米 高6 4米 91 44 109 73 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 失稳实例 辽宁某重型机械厂会议室 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 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 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 goback 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 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 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 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 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 注意 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 第I类稳定 分岔屈曲 不稳定分岔屈曲 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 第II类稳定 极值点失稳 屈曲的特点 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 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 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 大变形 大挠度 三阶分析 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 静定和超静定结构的区分失去意义 静定和超静定结构的区分失去意义 3 叠加原理不再适用 叠加原理 适用条件 弹性 小变形 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 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 构件和整体结构的关系 局部稳定和整体稳定的关系 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 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屋架系统的支撑布置 门架系统