钢结构稳定性问题分析

钢结构稳定性问题分析（精选9篇）

钢结构稳定性问题分析 篇1

钢材具有高强、质轻、力学性能良好等优点，是建造结构物的一种很好的建筑材料。随着建筑科学技术的日益发展，钢结构的建筑结构体系也日趋成熟，广泛地运用于大跨结构、空间结构及高层建筑等。在钢结构中，对于因受压、受弯和受剪等存在受压区的构件或板件，稳定性是一个极其突出的问题。它是决定结构承载力的重要因素，若处理不好，将可能使结构出现整体失稳或局部失稳。

建筑结构用的钢材具有很大的塑性变形能力。当结构因抗拉强度不足而强度破坏时，破坏前呈现较大的塑性变形，属于塑性破坏;但是当结构因受压稳定承载力不足而失稳破坏时，破坏突然且失稳前只有很小的变形，呈现脆性破坏的特征。因此，失稳破坏属于脆性破坏，危险性很大。对于从事钢结构设计、施工和科研的人员，掌握钢结构稳定理论及计算方法也就尤为重要。

1. 钢结构稳定问题的类型

钢结构的失稳现象是多种多样的，就其性质而言，弹性稳定问题可以分为以下三类：

(1）平衡分岔屈曲

结构在到达临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限邻近的屈曲平衡位形，这类失稳问题称为平衡分岔屈曲，又称为第一类失稳。平衡分岔屈曲的特点是屈曲前后结构的形态改变。以完善的(即无缺陷、绝对直杆)轴心受压杆件为例，当构件端部的荷载P未达到某一限值时，构件始终保持着直线的稳定平衡状态，如果在其横向施加一微小干扰，构件微弯，但是一旦撤去干扰，构件又会立即恢复到原先的直线平衡状态。如果构件端部的荷载达到限值Pcr，构件会突然发生弯曲，即由原来的直线平衡状态转变到微弯的平衡状态，此时构件屈曲，即丧失稳定。构件所承受的极限荷载Pcr称为屈曲荷载或临界荷载。由于在同一个荷载点出现了平衡分岔现象，所以此类失稳称为平衡分岔失稳。

根据屈曲后结构性能的不同表现，平衡分岔屈曲还可以分为稳定分岔屈曲和不稳定分岔屈曲两种类型：

(1) 稳定分岔屈曲

结构屈曲后，随着变形的进一步增大，荷载也继续增加。完善的直杆轴心受压屈曲和平板在中面受压屈曲，都属于这种情况。完善的直杆轴心受压，在达到屈曲荷载时，构件由直线平衡状态转变到微弯平衡状态，直杆屈曲后荷载的增加量非常小而扰度的增加量却很大，其屈曲后强度不能被利用。对于四边支承的薄板，在均匀的压力作用下达到屈曲荷载，薄板发生凸曲。薄板凸曲后，由于侧边产生的薄膜力对板的变形起到牵制作用，使荷载还有较大程度的增加，所以板的极限荷载Pu可能远超过屈曲荷载，其屈曲后强度比较显著，在工程设计中往往可以利用。

(2) 不稳定分岔屈曲

结构屈曲后，只能在远比屈曲荷载低的荷载下才能维持平衡位形。圆柱壳轴向均匀受压屈曲就属于这种情况。在极微小的不可避免的有限干扰作用下，圆柱壳在达到平衡分岔屈曲荷载之前，就可能由屈曲前的稳定平衡状态跳跃到非邻近的平衡状态，表现为圆柱体的母线由直线转变为曲线。这类屈曲实际的极限荷载PU远小于理论上的屈曲荷载，而且，其缺陷对这类结构的影响很大。另外，薄壁型钢方管压杆也在一定条件下表现出类似特征。研究这类稳定问题的目的是要探索小于屈曲荷载的安全可靠的极限荷载。

(2）极值点屈曲

偏心受压构件在偏心压力作用下产生弯曲变形，当荷载未达到限值时，构件的绕度随荷载而增加，构件处于稳定的平衡状态。随着荷载的继续增加，弯曲变形加快，构件如要保持平衡则必须减小荷载，此时构件处于不稳定的平衡状态，构件失稳。偏心受压构件失稳时，没有出现如前面所介绍的平衡分岔失稳构件那样在同一点存在两种不同变形位形的状态。在失稳前后，构件弯曲变形的性质没有改变，称这种失稳类型为极值点屈曲，又叫第二类失稳。极值点屈曲的特点是结构在失稳屈曲前后没有变形形态的改变。

完善的直杆偏心受压屈曲、双向受弯屈曲和双向受压受弯屈曲都属于极值点屈曲。另外，非完善的直杆轴心受压时，由于存在初弯曲和初偏心等初始缺陷，其失稳现象也属于极值点屈曲。

(3）跃越屈曲

两端铰接较平坦的拱结构，在均布荷载q作用下有扰度ω，当荷载未达到限值时，构件的绕度随荷载而增加，构件处于稳定的平衡状态。当达到屈曲临界状态时，坦拱突然由向上拱起的位形跳跃到下垂的位形，结构失稳。这种失稳类型称为跃越屈曲，它的特点是结构由一个平衡位形突然跳跃到另一个平衡位形，其间出现很大的变形。虽然在发生跃越后荷载可以大于屈曲临界值，但是实际工程中不允许出现这样大的变形，因此，应该以屈曲临界荷载作为承载的极限。

铰接坦拱、扁壳和扁平的网架结构在均匀压力作用下都可能发生跃越屈曲。另外，带有缓坡的有侧移大跨度门式刚架，当钢架横梁的刚度很弱而侧移刚度却较强时，也有可能发生跃越失稳。横梁的坡度对这类结构的变形影响很大。

上述(1)、(2)、(3)三种失稳类型是针对弹性结构做出的，不包括非弹性结构的弹塑性极值失稳。材料进入非弹性阶段后(弹性屈曲应力σcr>σy)，由于塑性区的出现导致结构承载力降低，其极限荷载往往低于弹性屈曲荷载，因此，应以极限荷载作为承载的极限。

2. 钢结构建筑的稳定问题

（1）屋盖结构

由平面桁架组成的屋盖结构主要由屋面材料、檩条、屋架和支撑体系等组成。屋架中的弦杆和腹杆均属于轴心受力构件，设计时需考虑轴压构件的整体稳定性。屋盖结构的整体稳定性，则由屋盖支撑系统(包括上弦、下弦横向水平支撑，上弦、下弦纵向水平支撑，垂直支撑，系杆等)、屋面系统(包括檩条和压型钢板或大型屋面板)和承重屋架共同组成空间稳定体来保证。

横向水平支撑是一个接近水平放置的桁架，在屋架平面内具有很大的抗弯刚度，在山墙风荷载或悬挂吊车的纵向刹车力作用下，可以保证屋盖结构不产生过大变形。同样，由纵向支撑提供的抗弯刚度能使各框架协同工作形成空间整体性。由屋面系统及各类支撑、系杆和屋架一起组成的屋盖结构，在各个方向都具有一定的刚度，保证了屋盖结构的空间整体性。

(2）轻型门式钢架

轻型门式钢架结构体系包括横向钢架(钢架梁和钢架柱单元构件的组合体)、支撑体系(屋面支撑和柱间支撑)及围护结构。平面横向钢架和支撑体系组成了门式钢架的主要受力骨架。屋面檩条和墙梁既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用。屋面板和墙面板对整个结构起围护和封闭作用，由于蒙皮效应，事实上也增加了房屋的整体刚度。

门式钢架结构的计算模型一般忽略屋面的蒙皮效应和支撑、系杆提供的空间作用效应，将结构简化为铰接或钢接支座的平面门式钢架。平面钢架的整体稳定性分为平面内整体稳定性和平面外整体稳定性两个部分，前者属于第二类稳定问题，而后者第一类稳定问题。钢架中基本构件的整体稳定设计将构件作为两端铰接、受两相等端弯矩作用的理想构件，分别按轴压构件、受弯构件和压弯构件计算构件平面内、外的整体稳定性。钢架结构的平面内稳定由钢架平面内刚度和构件截面刚度提供，平面外稳定由结构纵向支撑和构件截面刚度保障。现行规范对钢架结构整体稳定采用近似设计方法，将结构的稳定问题分解和等效为梁和柱构件的稳定问题。其中采用弯矩不均匀系数考虑构件内实际弯矩分布，采用计算长度系数考虑梁、柱构件在钢架中的边界约束条件。

(3）网架和网壳

网架是一空间铰接杆系结构，大多数为高次超静定。网架具有多向传力的性能，空间刚度大，整体性好，结构的整体稳定性得到保证，可不进行计算，只需验算受压杆件的整体稳定性即可。

网壳是由杆件按一定规律组成的曲面结构，分单层网壳和双层网壳两类。网壳可设计成各种曲面，比较常用的是球面网壳、柱面网壳、双曲扁网壳、扭曲面网壳和双曲抛物面网壳等，能充分满足建筑外形及功能方面的要求。网壳结构主要承受压力，稳定问题比较突出。网壳的稳定问题属于不稳定的分岔屈曲，对缺陷十分敏感，初始几何缺陷(如杆件和节点的几何偏差，曲面偏离等)将大幅度降低网壳的稳定承载能力。另外，网壳是一个准柔性的高次超静定结构，几何非线性较其他结构明显，稳定计算必须考虑结构的几何非线性。在设计工作中，网壳的稳定计算可采用非线性有限单元法。考虑到网壳的缺陷敏感性，计算中还需引入屈曲临界荷载的折减系数，建议为0.3━0.4。

3. 总结

钢结构的稳定性是决定其承载力的一个特别重要的因素，稳定理论和设计方法都在不断完善。例如完善钢结构的弹塑性稳定理论，研究有几何缺陷和残余应力的钢结构的实际受力性能和极限荷载，用数值法来解决这类问题等都取得了丰硕的研究成果。包括我国在内的许多国家，近10年来都相继修订了钢结构设计规范，在这些规范中均反映了新的研究成果。现今，各国学者及研究人员，为了建立更完善的稳定理论和更实用的稳定计算方法仍在不懈努力。

钢结构稳定性问题分析 篇2

1 边坡稳定性计算方法

由于极限平衡法难以准确评估边坡体内应力，同时也不能分析出应变效果，因而本文选择有限元强度折减法作为计算方法，以保证内应力和应变效果。

有限元强度折减法是基于弹塑性有限元计算的一种方法，以C、φ作为岩土体强度指标，F为折减系数，C、φ除以值相应的F，得到一组C’、φ’，作为新材料参数;C’、φ’会重新代入到有限元计算程序中，如此循环，直到临界破坏状态判定条件(给定)与当边坡岩土体相符时，停止运算，此时对应的F值就是最小安全系数，将最小安全系数代入图1中(1)式，得到参数C;将最小安全系数代入图1中(2)式，得到参数φ。此外，参数

E和v分别是弹性模量和泊松比，两者数值为定值，C、φ值变化对其无影响。作者简介：施戈亮，女，(1983. 11-)专业技术初级职称。湖北武汉。研究方向：岩质边坡稳定性分析;玻璃幕墙建筑防火性能分析。

2 工程实例

2.1 工程概况

本文选择我国东南沿海地区某工程作为研究案例。该工程为建筑工程，工程实地存在软弱岩脉风化成的软弱夹层。工程边坡属于残丘坡地，自然坡度约为35，呈现中间高两侧低的地貌，现场开挖成阶梯状斜坡，高25 m，宽150 m。为保证建筑物安全性，要进行稳定性分析，并据此作加固处理。揭露场地地层后发现，具体分为四个岩层分别为杂填土层、残积粉质黏性土层、风化夹层、全风化花岗岩，厚度分别为1. 1～1.6 m，1.5～6.7 m，1.1-2.3 m，3.4-6.7 m。

2.2 边坡稳定性计算

采用软土蠕变单元模型进行数值模拟，并运用有限元强度折减法进行计算。边坡岩土体的抗剪强度是边坡失稳主要影响因素，若边坡岩土体破坏极限小于最大剪应力，边坡就会发生失稳，进而被破坏，本案例研究结果显示：沿软弱阶层处岩土体已经发生了滑动，滑动相对位移较大，需要进一步探明边坡的.稳定性(变形)受弱夹层岩土体力学参数的影响，从而确定软弱夹层与边坡整体稳定性间的关系。

本案例的不同抗剪强度指标下软弱夹层边坡稳定系数如图2所示，根据此稳定性参数数值，C和φ(黏聚力和内摩擦角)随着软弱夹层数值逐渐增加，而相应的边坡稳定系数也呈现上升趋势;当C>21 kPa，且内摩擦角>25。时，边坡稳定系数逼近1. 30，此时边坡稳定性较好，属于相对稳定状态。

通过以上分析可知，边坡的稳定性主要受软弱夹层处岩土体力学参数的影响，其力学参数对边坡稳定性具有决定性作用。事实上，软弱结构面本身的特殊结构，使其呈现出不同的物理力学特性，但是软弱基层会受到环境条件的影响。若空气较为干燥，且边坡密封较好，那么深入内部的雨(水)量就会相应较少，同时若地下水位浮动不大，对岩土体影响不大，那么其软化作用也较小，该条件下软弱夹层的C和φ等抗剪强度指标上升，会处于较好的水平，边坡稳定性相对较高，边坡变形概率较小。反之，若上述条件都处于不利状态，如密封不好、空气潮湿、地下水位突然上升等，任意一种因素都会影响到软弱夹层，进而促使抗剪强度指标从较优秀水平开始下降，这样无法有效保证边坡的稳定性，甚至会发生边坡破坏的问题。

3 结论

通过对上述案例分析，结合工程实践经验，本文总结了以下结论：

(一)若边坡岩土体存在一些软弱夹层，且伴有原生及次生裂隙，那么结构面本身的稳定性会较低，若充填物结构疏松，挖凿边坡时极容易发生崩塌，导致边坡破坏。

(二)软弱夹层的剪应力是从上部土层开始向向下土层逐渐传递至深部，当软弱夹层处有突变达到最大值，那么软弱夹层处会减弱变形传递效应，此时位移呈现逐渐减小趋势。

(三)雨水和地下水都会影响软弱夹层处抗剪强度指标，一旦软弱夹层处渗入一定量的水，就会使其填充物发生泥化和膨胀作用，进而降低结构面强度，从而导致边坡沿软弱夹层稳定性下降，出现变形和滑动。

参考文献：

[1]高峰，李俊，地震作用下滑坡的稳定性分析及治理[J].重庆交通大学学报.，30(1)：156.

[2]林瑚旺，刘成禹，福建省花岗岩残积土边坡的破坏特点[J].中华民居：学术刊，2011.(12)：133-435.

[3]李龙起，罗书学，魏文凯，等，降雨入渗对含软弱夹层顺层岩质边坡性状影响的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报.，32(9)：1772-1778.

钢结构稳定性问题分析 篇3

【关键词】护岸结构；倾斜基地；稳定性

随着我国经济的快速发展，对一些航道的通行能力要求日渐提高，而在航道的护岸结构设计当中，重力式护岸设计方式应用最为广泛，这种设计需要满足抗滑和抗倾覆稳定性的双重要求。多数情况下技术人员选择改变护岸结构的断面来提高护岸结构的稳定性，但在设计过程中需要减小减小作用在结构上的土压力、提高基底摩阻系数等措施，而这些措施需要一个科学的算法来计算护岸结构的抗滑、抗倾稳定系数。JTJ300—2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》当中提出了一些抗滑、抗倾稳定计算方法，对于解决倾斜式护岸结构稳定性方面的算法需求提供了一个良好的途径。这对于降低工程化造价，提高倾斜式护岸结构的稳定性具有重要意义。

1. 倾斜基底护岸结构受力情况分析

1.1倾斜基底护岸结构的作用载荷。从倾斜式护岸结构的特点来讲，它的是载荷主要有墙前的被动土压力，而挡土墙后的土地主要对护岸结构的主动土压力。除了这些之外，在倾斜式基地护岸结构作用载荷上，还包括重力、墙前墙后的水压力、航道中的船型波压力等。根据以往的护岸建设经验来看，在实际上倾斜式护岸结构发生被动土压力的几率很小，只有墙体位移达到墙高的2-5%才能引起被动土压力。因此，在计算护岸结构受力的时候，被动土压力乘以折减系数以后才能用于公式计算，在本研究当中根据以往的研究及笔者的经验取值0.作为作用载荷被动土压力。

1.2倾斜基底护岸结构受力分析。倾斜式基地护岸结构受力分析当中，一般来说需要保持护岸结构墙顶高度不变，这种情况下受力是墙踵下降，护岸基地会产生一个向内或者向外的斜坡。而倾斜基地与水平基地相比，如果说是向内倾斜会后踵下降，如果是外倾基地的话则是一种前踵下降。这种情况下要想进行倾斜基地护岸受力分析，可设水平力合力为 设基地的垂直力是,倾斜基底的法线和切线方向分解则可以分别求得内倾基地法向力和切向力为

（1）

在公式1当中，β表示的护岸结构基地与水平面之间的夹角,此时如果护岸垂直力与水平力EH保持相对不变，在护岸结构当中设置内倾基地可以明显的提高护岸机构的抗滑稳定性，可以说此时的基地倾角越大，护岸结构的抗滑稳定性就越高。实际上这是一个较为理想的状态，在实践当中由于在护岸结构的建设中内倾基底墙后踵加厚，这种情况下墙背土压力计算高度相比以前会有所增大，这表明如果墙后踵加厚而墙后的压力也将随之增大，而这会抵消内倾基地的抗滑稳定，影响到护岸结构的实际效果。在外倾基地情况下的护岸结构受力计算中，与上面的公式基本类似，也需要沿倾斜基底的法线和切线方向分解，由此产生的外倾基底法向力和切向力可以分别用公式（2）表示，公式（2）为：

（2）

此时如果护岸垂直力与水平力EH保持相对不变，在护岸结构设计上设置了外倾基底的情况下，护岸的阻滑力会明显下降，护岸结构的滑移力会明显的增加，从理论上讲这势必会影响整个护岸结构的稳固性。但实则不然，在设置外倾基地的情况下，其前踵加厚势必会导致墙前被动土压力迅速加大，这种情况下会抵消阻滑力变小和滑移力加大带来的力的变化，实际上更有利于护岸结构的抗滑稳定。

2. 倾斜基底护岸结构稳定性分析

2.1倾斜基地护岸结构抗滑稳定性分析。在倾斜基地护岸结构当中当护岸结构基地与水平面之间的夹角β小于或等于45°的时候，此时的滑动面也就是护岸结构的基地斜面，此时根据JTJ300—2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》相关算法和计算要求，内河航道护岸结构的稳定性分析已经使用分项系数法，在内倾基地护岸和外倾基地护岸上采用不断的数据分析方法。其中，内倾基地护岸的抗滑稳定条件应该满足公式（3）的基本要求：

（3）

而外倾基地护岸的抗滑稳定条件应该满足公式（4）的基本要求：

（4）

從上述两个公式中可以明显看出，内外请基地护岸的抗滑稳定应该满足的条件可以说是截然相反的。

2.2倾斜基地护岸结构抗倾稳定性分析。在计算护岸抗倾稳定性时，应该先假设后趾底部以上的土地对护岸结构产生的侧压力是一种主动土压力，假设后趾底部对护岸结构产生的侧压力为被动土压力，此时如果墙体是围绕前趾转动，则就可以判断到了倾覆的极限状态。此时根据JTJ300—2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》5.5.6的的计算要求，护岸结构的抗倾稳定性需满足公式（5）的要求： (5)

在这一公式当中，MEH，MEV分别表示的是护岸结构当中永久作用土总压力的水平分离标准值和竖向分力标准值对计算前趾的倾覆力矩和稳定力矩，而才是若用KN·m；MPBU分别表示船行的波谷作用的时候，此时计算面上的波浪浮托力标准值对计算面前趾的稳定力矩可以用KN·m；Mpw表示，γd表示护岸机构的的结构系数，此时若无波浪作用则可以取值1.25，有波浪作用的话则可以取值1.35进行具体的计算。

3、实例分析

3.1工程简介。某护岸工程为内地航道综合整治的核心组成部分，为内河耳机航道，水深约4m，航道底坡为5：1。该护岸工程采用重力式护岸结构，设计墙高3m，采用浆砌块石的墙体施工方法。经过测量，墙后回填土的内摩擦角约为30°，施工地点的土密度为1.9g/cm3，护岸地基与基础之间的摩擦系数誉为0.4，地基设计承载力为200kPa，所选用的石材密度为2.2g/cm3，挡土墙前面的水深约为0.5m，墙后约为0.2m，设计压顶长高位0.5m、0.3m。考虑到墙体位移对墙前被动土压力的影响，折减系数取值为0.3，计算过程中不再考虑土的黏聚力对计算结果的影响。

3.2计算结果分析。带入前述供述以后，可以计算出该护岸工程基地内倾=9.904kN，可见其明显的大于基底外倾时的0.299kN，这一计算结果表明，采用内倾基地的护岸设计而机构有利于提高护岸工程的抗滑稳定性。而当基底水平时，护岸工程的整体抗滑稳定性介于内倾和外倾之间，如果抗倾稳定性富裕过大所以起到的作用将非常有限，也就是说外倾基地并不利于提高护岸的结构稳定性。因此，在航道倾斜式基地护岸结构当中应该尽量选择内倾基地机构，以此为基础上进行重力式护岸结构设计，这样不仅能够提高抗倾稳定性，还能有效的降低作业成本，提高工程的总体经济效益。

参考文献

[1] JTJ300—2000，港口及航道护岸工程设计与施工规范 [S]

[2] JTJ290—98,重力式码头设计与施工规范[S].

[3] 周勇,朱彦鹏. 深基坑土钉支护结构稳定性研究[J]. 四川建筑科学研究, 2009,(01) .

[4] 赵晓春. 抗滑挡土墙在石质路堑中的应用[J]. 安徽建筑, 2003,(04) .

[5] 张晏,费世江. 高填方路堤施工期沉降变形的FLAC模拟[J]. 辽宁科技大学学报, 2010,(03) .

钢结构设计中稳定性分析 篇4

1 稳定性的设计原则

1.1 构件与细部构造稳定性计算方法一致

在钢结构设计中, 要使构造设计与结构计算相匹配, 以满足构件稳定性和设计结构细部构造的一致性。对传递弯矩和不传递弯矩的连接节点, 应该分别给予足够的刚度和柔度;对桁架节点的设计也应尽量减少杆件偏心等, 这些仅仅是设计构件细部构造。但是, 当涉及到稳定性时, 对细部构造就会有其他要求, 比如简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求只是阻止位移和允许其在平面内转动, 然而在处理梁整体的稳定性时, 支座除了要满足上述要求外, 还需要阻止梁绕纵轴扭转, 允许梁在水平面内转动和梁端截面自动翘曲。

1.2 兼顾整体和组成部分稳定性的要求

目前, 大部分钢结构设计都是以平面体系为出发点的, 比如桁架设计和框架设计等。为了避免出现平面失稳问题, 需要从钢结构的整体布局出发, 设计有针对性的支撑构件, 也就是说要使平面构件的结构布置与平面稳定计算保持一致。比如, 在平面桁架组成的塔架中, 要注意横隔设置和杆件之间的稳定性。

1.3 计算方法与结构简图一致

在设计单层和多层框架结构时, 并不分析框架稳定性, 而要计算框架柱的稳定性。采用这种方法计算框架柱稳定性时用到的计算长度系数, 应该分析框架整体的稳定性, 这样才能使最终框架稳定计算等效于柱稳定计算。此外, 如果计算方法与结构简图不一致, 就需要调整所使用的计算方法, 以保证钢结构稳定性分析的要求。

2 设计特点与重要性

2.1 结构整体稳定性

在分析钢结构设计中的稳定性时, 必须要从钢结构的整体出发, 考虑杆件的稳定性和结构整体的稳定性。

2.2 整体刚度与失稳问题

对钢结构设计中整体刚度和失稳问题来说, 目前通用的规范计算方法是临界压力求解法和折减系数法, 以此计算轴心压杆的稳定性。

2.3 弹性稳定分析

弹性稳定计算是钢结构设计稳定性中的重要内容之一, 除了要考虑钢结构的整体性外, 还要考虑以下两方面的因素: (1) 要做二阶分析。这种分析在柔性构件上显得尤为重要, 因为柔性构件的变形量会对结构内力产生重大影响。 (2) 要考虑应力问题的叠加原理。不能将这种原理应用在弹性稳定计算中, 是因为弹性稳定计算不符合叠加原理的结构变形。

3 设计中存在的问题

3.1 不确定性因素

在钢结构体系设计中, 有许多不确定性因素会影响设计的稳定性, 比如物力、几何不确定性因素, 包括材料 (弹性模量、屈服应力等) 、杆件尺寸、截面积、残余应力和初始变形等。在确定与稳定性有关的几何量和物理量时, 大多会根据以往经验分析问题, 而不结合实际情况。另外, 设计人员在分析钢结构时, 所提的假设、数学模型、边界条件与目前的技术发展水平不相符, 难以将其反映在计算中, 导致理论值与实际承载力有差异等。目前, 结构随机影响分析所处理的问题大多局限于确定的结构参数、随机荷载输入的格局范围内, 而在实际工程中, 由于参数的不确定性, 会引起结构响应的明显差异。

3.2 梁—柱稳定性设计

在网壳结构稳定性设计中, 梁—柱单元理论已经成为了主要的设计方法, 但是, 梁—柱理论不能完全反映网壳结构的受力状态, 比如轴力和弯矩的耦合效应等。梁—柱是整个钢结构稳定性设计中最基础的部分, 所以, 在钢结构稳定性设计中, 要充分注意梁和柱的稳定性以及两者之间的力学效应。

3.3 预张拉体系不完善

预张拉钢结构体系是钢结构稳定性设计中的另一个重要组成体系。以往预张拉体系的理论并不是很完善, 没有一个完整、合理的理论体系来分析预张拉结构中的稳定性, 所以, 难以保证工程的稳定性, 因此, 要建立一个科学、完善的预张拉结构体系理论。

3.4 整体稳定与局部稳定

在钢结构稳定性设计中, 存在大跨度的钢结构的整体稳定性和局部稳定性计算不到位的情况。虽然它的稳定性计算借鉴了以往的经验来确定整体稳定性和局部稳定性之间的安全系数, 但是, 并没有结合具体的工程情况来计算一个较为科学的安全系数, 所以, 它不能真实反映整体稳定性与局部稳定性之间的关系, 不能保证钢结构设计的稳定性。

4 有效措施

针对钢结构稳定性设计中存在的问题, 在实际设计中, 应找出科学、合理的解决问题的方法, 尽量减少影响稳定性的因素, 这样才能够降低由钢结构设计稳定性而引发事故的概率。

4.1 减小不确定性因素影响

不确定性因素对钢结构稳定性设计造成的影响是难以避免的, 但是, 可以利用一些方法来减小这种影响, 提高钢结构稳定性设计的可靠性。比如, 可以为钢结构进行力学性能分析和设计, 或者从设计的众多实验中选择一个较为合理的方案等。

4.2 合理地运用梁—柱理论

梁—柱理论是当前钢结构稳定性设计中最基础的理论, 也是最重要的理论。在钢结构设计中, 要实际考察钢结构工程的场地、材料、设计方案等相关事项, 合理地运用梁—柱理论分析钢结构设计中细部构造和构件之间的稳定性、整体结构和组成部分之间的稳定性等, 达到提高钢结构设计稳定性的目的。

4.3 完善预张拉结构理论体系

预张拉结构理论体系对钢结构稳定性的设计是极为重要的。建立一套科学、完善、合理的预张拉结构体系理论, 根据这个理论体系分析预张拉结构, 最终得出准确的结果, 这样能够确保达到钢结构稳定性设计的要求。

4.4 重视局部与整体之间稳定性的关系

避免采用根据经验确定局部稳定性与整体稳定性之间安全系数的方法, 加强对钢结构局部稳定性与整体稳定性之间关系的重视程度。根据钢结构工程的实际情况, 考察现场、材料等相关因素, 科学地计算出一个较为可靠的安全系数, 减小误差, 提高钢结构稳定性设计的准确性。

5 结束语

钢结构设计中的稳定性是影响钢结构工程安全和质量的重要因素之一。在实际设计中, 设计人员应该明确结构构件的稳定性能, 避免钢结构稳定性设计中出现的问题, 要掌握钢结构稳定性设计的原则。根据工程的实际情况进行钢结构稳定性设计, 避免在其使用过程中出现失稳现象, 引发重大的安全事故。

参考文献

[1]王丽丽.钢结构稳定性设计研究[J].黑龙江科技信息, 2013 (30) .

[2]赵雪仰, 郭杰, 刘敏, 等.钢结构稳定性设计[J].科技信息, 2012 (29) .

钢结构稳定性设计的研究与分析 篇5

关键词：钢结构,结构稳定,结构设计,加固

由于设计者的经验不足及对结构整体和构件的稳定性不够清楚, 钢结构设计中易出现结构失稳事故, 对于这个问题处理不好, 将会造成不应有的严重损失。

1 强度与稳定的区别

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力是否超过建筑材料的极限强度, 因此, 这是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性, 对混凝土等脆性材料, 可取它的最大强度, 对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同, 它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态。因此, 它是一个变形问题。如轴压柱, 由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩, 因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然, 轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

2 钢结构稳定性研究中存在的问题

1) 目前, 大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数, 未反映整体稳定与局部稳定的关联性, 梁-柱单元不一定能真实反映网壳结构的受力状态, 主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应, 在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题, 预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善, 目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

2) 钢结构体系的稳定性研究中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, 所以, 应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。

3) 钢结构稳定理论的不完善, 钢结构设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系, 在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响, 一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为3类: (1) 物理、几何不确定性:如材料 (弹性模量, 屈服应力, 泊松比等) 、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等; (2) 统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量时, 总是根据有限样本来选择概率密度分布函数。因此, 带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性, 是由于缺乏数据造成的; (3) 模型的不确定性:为了对结构进行分析, 所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素, 所导致的理论值与实际承载力的差异, 都归结为模型的不确定性。

3 钢结构设计的原则

1) 结构整体布置必须考虑整个体系以及构件局部稳定性的要求

保证平面结构不致出出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件, 平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致, 由平面桁架组成的塔架, 需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系。

2) 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图必须一致

目前, 任设计单层和多层框架结构时, 经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算, 在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 自应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱子的稳定计算等效于框架稳定计算。然而, 实际框架多种多样, 而设计中为了简化计算工作, 需要设定一些不符合实际的典型条件。

3) 细部构造结构的设计和构件的稳定计算必须一致

对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度, 对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的, 但是, 当涉及稳定性能时, 构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑, 支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转, 同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲, 以符合稳定分析所采取的边界条件。

4 钢结构稳定设计特点

1) 失稳和整体刚度:现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法;2) 稳定性整体分析:杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼;3) 稳定计算的其它特点:在弹性稳定计算中, 除了需要考虑结构的整体性外, 还有一些其它特点需要引起重视, 首先要做的就是二阶分析, 这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响;其次, 普遍用于应力问题的迭加原理。

5 钢结构加固方法

钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时, 亦可采用其它加固方法。

5.1 改变结构计算图形

改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件, 增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法, 增加支撑形成空间结构并按空间结构验算, 加设支撑增加结构刚度, 或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性, 增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性, 在排架结构中重点加强某一列柱的刚度, 使之承受大部分水平力, 以减轻其它柱列的负荷, 在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。

5.2 对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固

改变荷载的分布, 例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载, 改变端部支承情况, 例如变铰接为刚结, 增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构, 调整连续结构的支座位置;将结构变为撑杆式结构, 施加预应力, 加设预应力拉杆。加大构件截面的加固采用加大截面加固钢构件时, 所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。

5.3 连接的加固与加固件的连接

钢结构连接方法, 即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择, 应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件, 并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接, 有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时, 应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。

6 结论

钢结构稳定问题是很复杂的, 尤其当构件存在初始缺陷、残余应力以及非线性因素的影响时, 就更增加了解决稳定问题的难度。另外, 在工程结构稳定性的研究领域中, 还存在很多尚未解决的难题。比如:大跨度桥梁、大跨度薄壳、大跨度大空间网壳、高层与超高层建筑结构的双重非线性动力稳定性等问题, 只有深入研究并解决这些难题, 钢结构稳定设计理论才会不断地完善。

参考文献

[1]罗建华.钢结构稳定性设计计算要点.新疆石油科技, 2000 (8) .

[2]郑金泰.探究钢结构稳定性设计, 2008 (29) .

[3]吴文德.浅析钢结构的稳定设计.吉林工程技术师范学院学报, 2008, 8.

论钢结构设计中的稳定问题 篇6

关键词：钢结构,强度,稳定,失稳

目前, 钢结构中的失稳事故大都是由于对结构及构件的稳定性能出现问题造成的, 稳定性是钢结构计算中的一个重要环节。在各种类型的钢结构中, 都会遇到稳定问题。对结构稳定缺少明确概念, 造成一般性结构设计中不应有的薄弱环节。本文针对这些问题提出了在设计中应该明确在钢结构稳定设计中的一些基本概念。只有这样我们在设计中才能更好处理钢结构稳定问题。

1 钢结构稳定设计的基本概念

1.1 钢结构的强度与稳定

强度问题是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起地最大应力是否超过建筑材料的极限强度, 因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性, 对混凝土等脆性材料, 可取它的最大强度, 对钢材则常取它的屈服点。

稳定问题则与强度问题不同, 它主要是指外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态, 因此, 它是一个变形问题。轴压柱, 由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩, 因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然, 轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

1.2 钢结构的失稳

1.2.1 受弯构件中梁在最大刚度平面内受弯的梁远在钢材到达屈服强度前就可能因出现水平位移而扭曲破坏, 梁的这种破坏被称之为整体失稳。

1.2.2 受弯构件中组合梁大多是选用高而薄的腹板来增大截面的惯性矩与底抗矩, 同时也多选用宽而薄的翼缘来提高梁的稳定性, 如钢板过薄, 梁腹板的高厚比或是翼缘的宽厚比大到一定的程度时, 腹板或受压翼缘在没有达到强度限值就发生波浪形的屈曲, 使梁失去了局部稳定。它是使钢结构早期破坏的因素。

1.2.3 受力构件中, 截面塑性发展到一定程度构件突然而被压坏, 压弯构件失去稳定。而压弯构件的计算则要同时考虑平面内的稳定性与平面外的稳定性。

结构失稳的问题十分重要, 设计为轴心受压的构件, 实际上总不免有一点初弯曲, 荷载的作用点也难免有偏心。因此, 我们要真正掌握这种构件的性能, 就必须了解缺陷对它的影响, 其他构件也都有个缺陷影响问题。

2 钢结构设计的原则

为更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定出了以下原则。

2.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求结构大多数是按照平面体系来设计的, 如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件。这就是说, 平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。

2.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致, 这对框架结构的稳定计算十分重要。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 自应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。

2.3设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者有一致性。

结构计算和构造设计相符合, 要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度。但是, 当涉及稳定性能时, 构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如, 简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移, 同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转, 同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲, 以符合稳定分析所采取的边界条件。

3 钢结构稳定设计特点

3.1 失稳和整体刚度:规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

3.2 稳定性整体分析:杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。

3.3 稳定计算的其它特点:在弹性稳定计算中, 除了需要考虑结构的整体性外, 还有一些其他特点需要引起重视, 首先要做的就是二阶分析, 这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响, 其次, 普遍用于应力问题的迭加原理.在弹性稳定计算中不能应用。

4 结束语

钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中, 设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能, 以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题, 本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念.总之, 只有深入了解这些问题, 才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。

参考文献

[1]《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003

扶壁式桥台结构稳定性分析 篇7

扶壁式桥台是由扶壁式挡墙演化而来,其设计高度一般可达到10~15米,主要由台帽、耳墙、扶肋、胸墙、底板组成。扶肋间距一般为1/4~1/2墙高。每段中宜设置三个或三个以上的扶肋,扶肋厚度一般为扶肋间距的1/10~1/4,但不应小于0.3m。在大连东新路桥梁设计中,上部结构为一跨简支小箱梁结构,桥梁跨越厂区铁路,要求净空不小于7米,整个桥台高度达到14.7米高,详见下图:

下面笔者将对结构安全及稳定性进行验算:

1 桥台自身结构配筋计算

取4m肋中距中间墙体为分析对象:(土压力计算已含台后有车)

内力布置图如下图所示:

h0=2.8m,破坏棱体l0=6.3m,作用的车辆荷载为420KN。汽车荷载等代土层厚度,土压力合力值e0=280KN;σ0=e/4=70KN/m;h=17.3m,破坏棱体l0=7.29m,作用的车辆荷载为600KN。

汽车荷载等代土层厚度,土压力合力值eh=2174KN;σh=eh/4=544KN/m;σD=σ0+σh/2=342KN/m;恒载反力取8000KN;活载G汽=(10.5×30+280)*4*0.67/2=798KN;活载G人群=3*7*2*30/2=630KN。

水平弯矩计算:支点负弯矩;跨中正弯矩;根据纯弯构件配筋计算可知:按构造配筋即可。

竖向弯矩计算:土压力竖向负弯矩MD=-0.03(σ0+σ0)hl=-1009KN·m;土压力竖向正弯矩M=MD/4=252KN·m;考虑制动力弯矩:MZ=-330*(9.7+0.2)/7=-468KN·m;恒载偏心受压弯矩:MH=-8000*0.25/7=-286KN·m;活载偏心受压弯矩:M活=-(798+630)*0.25/7=-52KN·m;竖向弯矩合力值:∑M=1.4MD+1.4MZ+1.2MH+1.4M活=-2484KN·m(作用点为根部);按照纯弯构件计算可知,在负弯矩区需配置,实配。正弯矩区亦按构造配筋,均配。

2 构件整体抗倾覆验算

取桥台基础前点为抗倾覆验算点。台帽自重:G1=2.5*30*26=1950KN,力臂长l1=2.3m;墙面板自重:G2=10.9*1*30*26=8502Kn,力臂长l2=2.2m;肋板自重:G3=30.2*0.8*8*26=5205KN,力臂长l3=4.46m;底板自重:G4=8*1*0*26=6240KN,力臂长l4=4.0m;土自重:G5=5.3*(30-8*0.8)*13.7*18=30844Kn,力臂长l5=5.35m;上部恒载:G6=8000KN,力臂长l6=1.89m;倾覆力矩:Mq=1.4M土=1.4*66589=93225;抵抗力矩:Md=∑Gili=251713,Md/Mq=251713/93225=2.7叟1.5。抗倾覆验算满足要求。

3 构件整体抗滑移验算

4 基底应力验算

5 合力偏心距验算

截面核心半径。取底板中心轴为取矩点:台帽自重:G1=2.5*30*26=1950KN,力臂长l1=1.7m;墙面板自重:G2=10.9*1*30*26=8502Kn,力臂长l2=1.8m;肋板自重:G3=30.2*0.8*8*26=5205KN,力臂长l3=0.26m;底板自重:G4=8*1*30*26=6240KN,力臂长l4=0m;土自重:G5=5.3*(30-8*0.8)*13.7*18=30844Kn,力臂长l5=-1.35m;上部恒载:G6=8000KN,力臂长l6=1.9m;上部活载:G7=G汽车+G人群=798+630=1428KN,力臂长l7=1.9m;土压力弯矩值M土=66589KN·m;M合=∑Gili+M土=62835,N合=∑Gi=62169;合力偏心距验算合格。

6 结论

根据以上计算结果,可知在桥台高度不超过15米时,采用扶壁式桥台可以满足其结构安全的需要,并且由于底板受力面积大,对于基底的承载力需求仅为260Kpa,一般的地质条件就可满足其要求,无需设置桩基础,无需扩大基础,施工简单易行。以上粗浅认识仅作为笔者的一家之言,希望可以为相关工程提供一个设计思路,也希望广大专家学者提供宝贵意见。

摘要：笔者根据扶壁式挡墙的计算模式,摸索出扶壁式桥台的构造及计算过程,并在实际工程中应用,为广大桥梁设计者提供一个同类工程的设计思路。

土钉支护结构的稳定性分析 篇8

( 1) 土钉与土体形成复合土钉体, 提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载能力, 增强了土体的破坏延性, 改变边坡突然塌方性质, 有利于安全施工; ( 2) 结构轻型, 柔性大, 有良好的抗震性和延性; ( 3) 施工机具简单, 易于推广; ( 4) 施工不单独占用场地, 对于施工场地狭小, 放坡困难, 有相邻低层建筑或堆放材料, 大型护坡施工设备不能进场, 该技术显示出独特的优越性; ( 5) 有利于根据现场的监测的变形数据, 及时地调整土钉长度和间距。一旦发生不良现象, 能立即采取相应的加固措施, 避免出现大的事故, 因此提高了工程的安全可靠性; ( 6) 经济效益好; ( 7) 防腐性能好, 土钉由低强度钢材制作, 与永久性锚杆相比, 大大减少了防腐的麻烦。

2土钉支护结构存在的问题

( 1) 支护理论尚不完善。土钉支护是一个三维问题, 而现有理论和方法都是将土钉支护简化为平面问题来研究, 并且忽视了土钉和土体之间的相互作用。这种假设使得土钉的水平间距布置没有理论依据, 因此目前对于土钉墙的理论和设计还有待进一步研究。

( 2) 土钉的弯剪应力是否应该考虑仍未完全解决。目前大多数的设计方法都假定土钉为受拉工作, 不考虑其抗弯刚度, 而下部土钉的抗力可能由弯剪和挤压强度控制。因此, 应进一步考虑拉力、弯剪和挤压等多破坏准则确定土钉的极限

抗力。

( 3) 土钉的稳定分析方法有缺陷。目前用于土钉的稳定分析各种方法中, 应用最为广泛的方法是极限平衡法, 该法的最大缺点是不能计算土钉墙的变形及各土条对于土钉施加的拉力的大小。

3土钉支护结构的工作机理

( 1) 土钉对复合体起骨架约束作用: 试验证明, 土钉在其加固的土体中起着箍束骨架的作用, 这种箍束骨架的作用是由土钉本身的刚度、 强度以及在土体中分布的空间形式所决定的。它具有制约变形的作用, 使复合土体成为一个整体。

( 2) 土钉对复合体的分担作用: 在复合体内, 土钉与土体共同承担外荷载和自重应力, 土钉起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度, 在土体进入塑性状态后, 应力逐渐向土钉转移, 模型试验的结果证明, 土钉支护在向下开挖的过程中, 土体的抗剪能力 ( ) 早已充分发挥, 然后土钉受力而保持稳定。

( 3) 土钉起着应力传递与扩散作用: 试验说明, 当载荷增到一定程度, 内部裂缝已发展到一定宽度, 此时坡脚应力最大。这是下层锚体伸入到滑裂域外稳定土体中的部分仍能提供较大的抗拉力。锚体通过其应力传递作用, 将滑裂域内部应力传递到后边稳定土体中, 并分散在较大范围的土体中, 降低应力集中程度。

( 4) 坡面变形的约束作用: 面层的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。面层的设置限制了由于开挖卸荷或外部超载使土体产生的坡面膨胀。限制坡面膨胀能够起到削弱内部塑变, 加强边界约束的作用, 这在开裂变形阶段尤为重要。面板约束力取决于土钉表面与土的摩阻力, 当复合土体开裂面区域扩大并连成片时, 摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合体。

4外部稳定性分析

4. 1滑动稳定性验算分析

根据《建筑基坑支护技术规程》, 要求满足下式:

4. 2倾覆稳定性验算分析

根据《建筑基坑支护技术规程》[1], 要求满足下式:

4. 3土钉支护面层配筋设计

在土体自重及地表均布荷载作用下, 喷混凝土面层所受的倾向土压力p0可按下式估算:

4. 4抗管涌复核

当在粉土 ( Ip10) 层内作坑槽护壁挡土截水时[2], 需作此复核:

5内部稳定性分析

5. 1预应力锚杆有效极限抗拔力计算

当仅采用土钉而无法获得足够大的内部稳定安全系数, 或对边坡变形有较为严格的控制要求时, 应考虑增加一定数量的预应力锚杆, 锚杆设计参数应通过计算后确定[3]。预应力锚杆在各种不同极限状态下的极限抗拔力可按下列各式计算:

5. 2土钉与土体间的界面摩阻力

参考文献

[1]JGJ120-2012, 建筑基坑支护技术规程[S].

[2]GB50202-2012, 建筑基坑基础工程施工质量验收规范[S].

[3]陈肇元, 崔京浩.土钉支护在深基坑工程中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

钢结构稳定设计原则及特点分析 篇9

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中, 都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好, 将会造成不应有的损失。

根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则, 以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定。

1.1 结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。

目前结构大多数是按照平面体系来设计的, 如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件。这就是说, 平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致。

1.2 结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致, 这对框架结构的稳定计算十分重要。

目前设计单层和多层框架结构时, 经常不做框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 自应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而, 实际框架多种多样, 而设计中为了简化计算工作, 需要设定一些典型条件。

1.3 设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者有一致性。

结构计算和构造设计相符合, 一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度, 对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是, 当涉及稳定性能时, 构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如, 简支梁就抗弯强度来说, 对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移, 同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转, 同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲, 以符合稳定分析所采取的边界条件。

2 钢结构稳定设计特点

2.1 失稳和整体刚度:

现行规范通用的轴心压杆的稳定计算法是临界压力求解法和折减系数法。

2.2 稳定性整体分析:

杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体。稳定分析必须从整体着眼。

2.3 稳定计算的其它特点:

在弹性稳定计算中, 除了需要考虑结构的整体性外, 还有一些其他特点需要引起重视, 首先要做的就是二阶分析, 这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响, 其次, 普遍用于应力问题的迭加原理。在弹性稳定计算中不能应用。这是因为迭加原理的应用应以满足以下条件为前提:

(1) 材料服从虎克定律变成正比;

(2) 结构的变形很小。

而弹性稳定计算一般均不能满足第 (2) 个条件, 非弹性稳定计算则两个前提都不符合。

了解了一些在钢结构设计中应该明确的一些基本概念, 有助于我们在设计中更好地处理稳定方面的问题, 随着新型钢结构体系的不断发展, 我们对稳定问题的研究要求也不断地提高, 之所以在设计中出现结构失稳问题, 另一个重要原因就是我们对新型结构稳定知之甚少, 也就是目前钢结构稳定研究中存在的问题。

3 钢结构稳定性研究中存在的问题

钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展, 但也存在一些不容忽视的问题

3.1 目前在网壳结构稳定性的研究中, 梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说, 虽然有学者对梁-柱单元进行过修正。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。

3.2 在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题, 目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数, 未反映整体稳定与局部稳定的关联性。

3.3 预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善, 目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

3.4 钢结构体系的稳定性研究中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。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。

从上面可以看出, 我们的钢结构稳定理论还是不够完善, 我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系, , 我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前, 应该弄清楚这些随机因素的来源, 一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类:

(1) 物理、几何不确定性:如材料 (弹性模量, 屈服应力, 泊松比等) 、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。

(2) 统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量时, 总是根据有限样本来选择概率密度分布函数, 因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性, 是由于缺乏信息造成的。

(3) 模型的不确定性:为了对结构进行分析, 所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素, 所导致的理论值与实际承载力的差异, 都归结为模型的不确定性。

以上都是钢结构稳定设计中存在的问题, 只有我们进一步地深入研究这些稳定, 钢结构稳定理论将会进一步完善, 如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响, 国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计, 这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善。

4 结束语

在实际设计中, 设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能, 以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。针对上述问题, 本文提出了在设计过程中设计人员应该明确掌握的原则;其次, 随着新型结构的出现, 设计人员对其性能认识的不足, 从而导致构件的失稳, 本文就这个问题阐述了新型结构现存的一些问题, 并且针对一些问题论述了产生的原因。总之, 只有深入了解这些问题, 才会使得钢结构稳定理论设计不断地完善。

摘要：钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大, 柱子所占的建筑面积比率越来越大, 在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑;同时高强度钢材应运而生, 在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。文章分析了钢结构稳定设计遵循的原则以及钢结构稳定设计特点, 并提出钢结构稳定性研究中存在的一些问题。

关键词：钢结构,稳定设计,结构计算,稳定性研究

参考文献

[1]陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社, 2000.23-25.

[2]夏志斌, 潘有昌.结构稳定理论.高等教育出版社.1988.11-12.

[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南.中国建筑工业出版社, 1995.

[4]朱步范, 罗建华.钢结构稳定性设计计算要点.新疆石油科技.l998年第3期 (第8卷) , 69.