有關鋼結構失穩問題設計方法探討

呂前程

摘 要：應用在建筑物中的鋼結構，其穩定性直接關系到建筑物的質量性問題。本文章從鋼結構的概念談起，闡述了鋼結構中的設計特定和設計原則，并就鋼結構穩定設計中遇到的幾個設計問題進行了詳細探討。

關鍵詞：鋼結構；穩定性設計

概述

影響鋼結構設計穩定性有很多不確定的因素，基本變量是隨機的。主要體現在以下幾個方面：1、鋼結構材料的彈性模量，屈服直力以及泊松比等因素是不確定的，桿件尺寸的長短、截面積的大小、殘余應力的有無、初始變形的程度等也是不確定的。2、物理幾何數據統計有其隨機性。這是因為缺少信息而導致統計學的不確定性，鋼結構數據統計和穩定性相關，尤其是在物理和幾何數據計量時，它依據一定的經驗性用有限樣本采用概率密度分布函數對鋼結構穩定性進行數據統計。3、結構建模具有隨機性。深入的、詳細的進行結構分析，需要建立假設的或者是數學的模型，再或者是當今的技術水平以及邊界條件等因素，這些因素難以在詳細的計算中完全反映出來，通過計算得出的理論值和實際承載力之間存在很大的差異，這都是由于結構建模的隨機性所造成的。

一、鋼結構設計中失穩問題闡述

要了解鋼結構的失穩就要會區分結構失穩，只有失穩區分后才能正確估計鋼結構穩定性及其承載力大小。并進一步了解鋼結構的穩定性定問題深入地探究其內涵。鋼結構失穩情況主要有以下三類情況。

（1）第一類鋼結構失穩：又叫分支點失穩的鋼結構，它是有關平衡分岔的穩定問題。屬于這第一類失穩的出現在完善直桿時，其軸心受壓后屈曲；也會出現在完善平板時，其面受壓后屈曲。

（2）第二類鋼結構失穩：又叫極值點失穩的鋼結構，它是有關無平衡分岔的穩定問題。屬于這第一類失穩的出現在建筑材材的構件做成的偏心受壓時，它塑性變化到—定程度時就會失穩。

（3）第三類鋼結構是躍越失穩，它是不同于以上兩種失穩的類型，它沒有平衡分岔點也沒有無極值點，它是由一種喪失穩定平衡的狀態躍越到另—個穩定平衡狀態的躍越失穩。

二、鋼結構穩定設計的特點和原則

在失穩與整體剛度的設計方法方面，軸心壓桿的結構的穩定性設計法是采用臨界壓力求解法與折減系數法等。穩定分析需要從整體著眼，主要是看其桿件能否保持穩定牽涉到整體的結構。

（1）鋼結構彈性的穩定計算時，除了需要了解結構的整體體系外，還有另一些特點要引起重視。①進行二階分析，這種分析法對柔性構件尤為適用，這是由于柔性鋼構件，其變形量大，對鋼結構內應力產生了很大的影響；②迭加原理的應用，這樣有利于營利，但是在彈性穩定設計中，則不適合應用。這是由于迭加原理的應能滿足并服從鋼材的胡克定律，應力與應變成正比例關系；而彈性穩定設計不適合結構變形很小的鋼結構，采用非彈性穩定計算，那么這兩個條件都不適合。

（2）依據鋼結構的穩定性問題與實際的穩定設計中出現的特點，應注意以下三個原則：①整體性原則：鋼結構的整體設計需要考慮整個建造體系，以及整體與部分組成的穩定性要求；②相一致原則：鋼結構設計中的計算簡圖與通過計算方法所依照的簡圖是一致的，一致性在鋼結構框架穩定中起到十分重要作用；相互配合原則：尤其是在精細構件的設計結構與其穩定性計算必須相互配合，使二者的計算結果相—致。

三、鋼結構穩定設計問題探討

鋼結構的承載力是鋼結構設計中的穩定設計主要控制問題，近些年，關于鋼結構的穩定性的細入研究，取得了一點的進展，但在其過程中還是出現了一些問題的。筆者以為，主要體現在以下幾個方面：

（1）在結構的整體性和相關性問題上的穩定中，在以往的很長的時間內，因為受到計算方法限制與計算方式的制約，而選用了把一個構件或者是子結構分出來，把他們作為對象進行分析的方法。

（2）選用彈塑性材料為建設材料時，需要考慮多方面的問題，現今多數鋼結構分析方法，把結構做為完整的結構體系考慮，完全依照彈性鋼材做一階分析計算，而其中忽略了存在的許多缺陷問題，這就使得理論計算與現實結構的承載能力出現了很大的差別。

（3）多個隨機變量因素也直接影響鋼結構設計體系研究中的穩定性，根據以上的基本概念將影響鋼結構穩定性的隨機變量因素可具體的分成三類：①物理、幾何等隨機變量：鋼材的彈性模量，屈服應力與泊松比等因素，還有構件尺寸的長短，截面面積的大小等等。比如說因為結構桿件它本身不是沒有缺陷的理想桿件鋼材，開始變形是其殘余應力等會有不利影響，尤其是對受壓構件的穩定；②物理幾何數據統計的隨機性：鋼結構數據統計和穩定性相關，尤其是在物理和幾何數據計量時，它依據一定的經驗性用有限樣本采用概率密度分布函數對鋼結構穩定性進行數據統計，這就受到經驗性的局限等；③結構建模的隨機性：建立假設的或者是數學的模型，再或者是當今的技術水平以及邊界條件等因素，這些因素難以在詳細的計算中完全反映出來，通過計算得出的理論值和實際承載力之間存在很大的差異，所以在地震時或是在高溫效應時對鋼結構的穩定有特殊影響力。但鋼材柱梁否能反映出鋼結構的承載力的狀態還需要進一步研究，尋找出不穩定因素，使鋼結構穩定設計理論得到進一步改進。

四、總論

在工程設計中，設計人員必須深入地了解鋼結構基本構件的穩定問題，避免在建設過程中發生不應發生的事故。應針對具體問題不斷地完善鋼結構穩定設計理論，盡量避免出現失穩問題，在不斷翻新的新結構中才能發掘新的方法和手段。

參考文獻

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