1、淺析鋼結構的失穩破壞土木工程學院2008級王賢順20080420426建筑結構破壞事故的發生，因失穩破壞者屢見不鮮。由丁鋼結構強度高，用它 制成的構件比較細長，截面相對較小，組成構件的板件寬而薄，因而在荷載作用下 容易失去穩定性。結構或壓桿在壓縮載荷或其他特定載荷作用下,在某一位置保持平衡構形， 當載荷小丁一定的數值時，微小外界擾動使其偏離初始平衡構形，外界擾動除去 后，構件仍能回復到初始平衡構形，則稱初始平衡是穩定的；當載荷大丁一定的數 值時，微小外界擾動使其偏離初始平衡構形，外界擾動除去后，構件不能回復到初 始平衡構形，則稱初始平衡是不穩定的。不穩定的平衡構形在任一微小的外界擾動下，都要轉

2、變為其他形式的平衡構 形，這種過程稱為失穩。失穩就是穩定性失效，也就是受力構件散失保持穩定平衡 的能力，比如指結構或構件長細比（如構件長度和截面邊長之比）過大而在不大 的作用力下突然發生作用力平面外的極大變形而不能保持平衡的現象。失穩將導致構件失效，這種失效稱為屈曲失效。由丁屈曲失效往往具有突發性，常常會發生 災難性后果，因此研究結構的屈曲失效在工程設計中是非常重要的。穩定的平衡位置與不穩定的平衡位置之間的分界點稱為臨界點，臨界點所對 應的載荷稱為臨界載荷Pcr。隨著工程材料的發展，構件可以做得更精美，對深入研究和解決穩定問題更為 重要，尤其是確定壓桿或結構的臨界載荷。歸納起來，確定結構失穩的

3、最小載荷，即是確定結構失穩的臨界載荷；確定結構承載的最大極限值，也是確定結構的臨界 載荷;確定結構的許可載荷是確定含有安全系數的臨界載荷。工程設計中靜定結構的臨界載荷的確定，只要是組成靜定結構的構件之一失 穩時,結構將失去平衡能力，此時的外載荷就是結構的臨界載荷。靜不定結構也叫 超靜定結構，它含有平衡要求之外的多余構件，稱多余約定，當多余約束失穩時，結 構仍具有承載能力，只有當最后的靜定結構也失去平衡能力時，對應的載荷才是靜 不定結構的臨界載荷。穩定性的計算歐拉公式：二2 E IPcr = .T（l）穩定性條件Pmax -:nst式中 壓桿所受最大工作載荷-壓桿的臨界壓力-壓桿的規定穩定安全系

4、數1. 結構失穩的分類1.1第一類穩定問題或者具有平衡分岔的穩定問題（也叫分支點失穩）。完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屆丁這一類。其特征是： 當荷載逐漸增加時，結構原有的平衡形式被破壞了，并出現了與原平衡形式有本 質區別的新的平衡形式，由穩定平 衡轉變為不穩定平衡，出現了穩定性的轉變。分支點是平衡狀態從穩定轉變為不穩定的分界點。在分支點處所對應的荷載稱為 屈曲荷載或臨界荷載。1.2第二類穩定問題或無平衡分岔的穩定問題（也叫極值點失穩）。由建筑鋼 材做成的偏心受壓構件，在塑性發展到一定程度時喪失穩定的能力屆于這一類。鋼結構失穩分為整體失穩和局部失穩，相應的鋼結構的失穩事故分

5、為整體失 穩事故和局部失穩事故。2. 整體失穩事故原因分析2.1 設計錯誤設計錯誤主要與設計人員的水平有關。如，缺乏穩定概念；穩定驗算公式錯誤 只驗算基本構件的穩定，忽視整體結構的穩定驗算；計算簡圖及支座約束與實際 受力不符，設計安全儲備過小等等。2.2 工作缺陷制作缺陷通常包括構件的初彎曲、初偏心、熱軋冷加工以及焊接產生的殘余 變形等這些缺陷將對鋼結構的穩定承載力產生顯著影響。2.3 臨時支撐不足鋼結構在安裝過程中，當尚未完全形成整體結構之前，屆幾何可變體系，構件 的穩定性很差。因此必須設置足夠的臨時支撐體系來維持安裝過程中的整體穩定 性。若臨時支撐設置不合理或者數量不足，輕則會使部分構件喪

6、失穩定，重則造成 整個結構在施工過程中倒塌或傾覆。2.4 使用不當結構竣工投入使用后，使用不當意外因素也是導致失穩事故的主因。例如 ， 使用方隨意改造使用功能；改變構件的受力狀態；由積灰或增加懸吊設備引起的 超載；基礎的不均勻沉降和溫度應力引起的附加變形；意外的沖擊荷載等等。3. 局部失穩事故原因分析局部失穩主要是針對構件而言，其失穩的后果雖然沒有整體失穩嚴重，但對 以下原因引起的失穩也應引起足夠的重視。3.1 設計錯誤設計人員忽視甚至不進行構件的局部穩定計算，或者驗收方法錯誤，致使組 成構件的各類板寬厚比和高度比大于規范限值。3.2 構造不當通常在構件局部受集中力的部位，原則上應設置構造加勁

7、肋。另外，為了保證 構件在運轉過程不變形也必須設置橫隔、加勁肋等。但實際工程中 ，加勁肋數量 不足、構造不當的現象比較普遍。3.3 原始缺陷原始缺陷包括鋼材的負公差嚴重超規，制作過程中焊接等工藝產生的局部鼓 曲和波浪變形等。3.4 吊點位置不合理在吊裝過程中，尤其是大型的鋼結構構件，吊點位置的選定十分重要。吊點位 置不同，構件受力的狀態也不同。有時構件內部過大的壓應力將會導致構件在吊 裝過程中局部失穩。4. 失穩事故的處理與防范鋼結構失穩事故應以防范為主，應該遵守以下原則。4.1 強化穩定設計理念結構的整體布置必須考慮整個體系及其組成部分的穩定性要求,尤其是支撐 體系的布置。結構穩定計算方法的前提假定必須符合實際受力情況，尤其是支座 約束的影響。a 構件的穩定計算與細部構造的穩定計算必須配合，尤其要有強節點的概念° b強度問題通常采用一階分析，而穩定問題原則應采用二階分析。c疊加原理適用于強度問題,不適用于穩定問題。d處理穩定問題應有整體觀點，應考慮整體穩定和局部穩定的相關影響。4.2 制作單位應力求減少缺陷在常見的眾多缺陷中，初彎曲、初偏心、殘余應力對穩定承載力影響最大 , 因此,制作單位應通過合理工藝和質量控制措施將缺陷減低到最小程度。4.3施工單位應確保安裝過程中的安全施工單位只有制定科學的施工組織 設計，采用合理的吊裝方案