基于可靠性分析在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中的研究

胡明悅

(博思格建筑鋼結(jié)構(gòu)(廣州)有限公司,廣東廣州 510530)

基于可靠性分析在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中的研究

胡明悅

(博思格建筑鋼結(jié)構(gòu)(廣州)有限公司,廣東廣州 510530)

鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的主要類型之一,鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展,因此,鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)要想在競爭激烈的市場環(huán)境下得到發(fā)展,就必須保障其穩(wěn)定性。本文基于可靠性分析對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計進行了相關(guān)的研究。

可靠性 鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定

鋼結(jié)構(gòu)有著強度高、韌性好、變形能力強、可靠性高等特點被廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)代社會各個領(lǐng)域，尤其是在建筑領(lǐng)域，能夠有效的保障建筑結(jié)構(gòu)的性能。鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展來說至關(guān)重要。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，市場競爭越來越激烈，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)要想在這個競爭激烈的市場環(huán)境中穩(wěn)定發(fā)展，保障鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著重大意義。

1 鋼結(jié)構(gòu)的概述

鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材制作為主，由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成；各構(gòu)件或部件之間采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。鋼結(jié)構(gòu)有著強度高、自重輕、變性能力強、韌性好、可靠性高、鋼材勻質(zhì)性好等特點。

2 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中應(yīng)遵循的原則

2.1 一致性

鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的目的就是保障鋼結(jié)構(gòu)的可靠性，滿足鋼結(jié)構(gòu)工程的需求[1]。因此，針對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計，首先要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程需求，采用相應(yīng)合理的結(jié)構(gòu)體系，做到構(gòu)件穩(wěn)定計算與設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)造之間的一致性，做到技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)新穎、達到鋼結(jié)構(gòu)工程和鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一。

2.2 整體與部分的穩(wěn)定性

在進行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的時候，結(jié)構(gòu)整體布置首要考慮的問題就是整體與各個組成部分的穩(wěn)定性，鋼結(jié)構(gòu)有著很強的整體性，針對鋼結(jié)構(gòu)的可靠性分析，一旦鋼結(jié)構(gòu)的部分出現(xiàn)問題，必然會引起整體結(jié)構(gòu)的破壞，因此，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計將整體與部分的因素考慮進去可以有效的保障鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而避免一些不必要的損失。

3 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中面臨的問題

3.1 鋼材耐火性能差

鋼結(jié)構(gòu)由于其自身的特殊性，本身不燃燒，但是鋼材容易受到溫度的影響，當溫度過高時，鋼材的性能就會降低，例如抗壓強度、負載能力等都會隨溫度的升高而下降，從而鋼材的可靠性就得不到保障。

3.2 可變性強

鋼結(jié)構(gòu)作為一種承重構(gòu)件，構(gòu)件的焊縫會受到溫度應(yīng)力的影響，由于鋼結(jié)構(gòu)的整體連接性強，一旦局部發(fā)生破壞，就會使得鋼結(jié)構(gòu)整體性能遭到破壞，從而造成較大的損失。同時鋼結(jié)構(gòu)長期處在一種超負荷的工作狀態(tài)下，鋼構(gòu)件就會發(fā)生變形，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性得不到保障，就會在使用的過程中產(chǎn)生安全隱患。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕

從我國現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀可以看出，鋼結(jié)構(gòu)大多都是露天的，鋼結(jié)構(gòu)容易受到雨水的影響，長時間后就會生銹，特別是現(xiàn)在空氣污染嚴重，空氣中二氧化硫含量增多，當碰到雨水天氣，二氧化硫與鋼材接觸后就會發(fā)生化學反應(yīng)，鋼材就會被腐蝕，鋼結(jié)構(gòu)性能就會變差。

4 基于可靠性分析對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中存在問題的應(yīng)對措施

4.1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料就是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂上一層防火的材料，從而在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層耐火隔熱的保護層。在鋼結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)自身是不會燃燒的，但是溫度太高的話會使得鋼結(jié)構(gòu)自身發(fā)生一些性質(zhì)的變化，使得鋼結(jié)構(gòu)自身的性能變差，因此，防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)中的作用是非常大的。

4.2 針對可變性強的應(yīng)對措施

為了避免溫度應(yīng)力給鋼結(jié)構(gòu)造成影響，在鋼結(jié)構(gòu)中涂抹一層砂漿，并用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫并保證鋼結(jié)構(gòu)的強度，形成保護膜，同時為了避免鋼結(jié)構(gòu)超負荷作業(yè)，可以分時段作業(yè)，針對一些大型的器件盡量避免在鋼結(jié)構(gòu)上作業(yè)。

4.3 防腐蝕措施

鋼結(jié)構(gòu)必須注意防護，特別是薄壁構(gòu)件。鋼結(jié)構(gòu)在涂油漆前應(yīng)徹底除銹，油漆質(zhì)量和涂層厚度均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。在設(shè)計中應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)受潮、漏雨，構(gòu)造上應(yīng)盡量避免存在于檢查、維修的死角[2]。新建造的鋼結(jié)構(gòu)一般隔一定時間都要重新刷涂料，從而確保鋼結(jié)構(gòu)的整體性能。

5 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的可靠性分析

5.1 鋼結(jié)構(gòu)強度的可靠性分析

鋼結(jié)構(gòu)的強度指標包括彈性極限σe，屈服極限σy，和抗拉極限σu。彈性極限指的是對鋼材進行拉伸試驗，當應(yīng)力s不超過某一定值時，試件應(yīng)力的增或減相應(yīng)引起應(yīng)變的增或減；卸除荷載后(s=0)試件變形也完全恢復(fù)(ε=0)，沒有殘余變形。鋼材的這種性質(zhì)叫彈性。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，彈性階段所對應(yīng)的最高應(yīng)力點σe稱為彈性極限。設(shè)計時以鋼材的屈服強度為基礎(chǔ)，屈服強度高可以減輕結(jié)構(gòu)的自重，節(jié)省鋼材，降低造價。抗拉強度σu即是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力，此時的結(jié)構(gòu)因塑性變形很大而失去使用性能，但結(jié)構(gòu)變形大而不垮，滿足結(jié)構(gòu)抵抗罕遇地震時的要求。‘σu/σy值的大小，可以看作鋼材強度儲備的參數(shù)。

5.2 鋼結(jié)構(gòu)耐久性的可靠性分析

影響鋼結(jié)構(gòu)耐久性的因素既有人為的因素也有自然因素，針對人為因素，就是要加強鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的監(jiān)督，加強鋼結(jié)構(gòu)工程施工過程中的管理，針對自然因素就是在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候要有針對性的進行防護。例如在某鋼結(jié)構(gòu)工程中，該工程施工人員考慮到雨水天氣會給鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成一定的影響，定期的對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行油漆維護，針對有腐蝕介質(zhì)的條件下，采取特殊的保護措施，從而達到了保護鋼結(jié)構(gòu)的整體功能。

5.3 鋼結(jié)構(gòu)韌性的可靠性分析

鋼結(jié)構(gòu)有著很強的韌性，因此人們在鋼結(jié)構(gòu)上作業(yè)的時候，往往是超負荷作業(yè)，當鋼結(jié)構(gòu)的負載超過了自身的最大值時，就會變形。因此，要想保障鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在鋼結(jié)構(gòu)進行作業(yè)的時候，既要考慮到溫度應(yīng)力的影響，同時要盡量的避免超負荷作業(yè)。

6 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)有著高強度、韌性好、變形能力強等特點而被廣泛的應(yīng)用到現(xiàn)代社會的各個領(lǐng)域，為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個重大問題，關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)工程的健康發(fā)展。因此，在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的時候，必須基于鋼結(jié)構(gòu)的可靠性進行分析，從而杜絕隱患的存在，促進鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

[1]陳曉斌,王宏旭,郭宗志.如何做好鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計[J].科技信息(學術(shù)研究),2008,05(14).

[2]劉志海,米濤.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定性的探討[J].黑龍江科技信息,2009,10(14).構(gòu),2008,02(07).