结构稳定分析论文

结构稳定分析论文（通用12篇）

结构稳定分析论文 篇1

在景观区,很多人行拱桥得到了建设。为追求美观和新颖,很多拱桥的设计都使用新奇的结构形式和轻型的材料,以至于拱桥结构刚度普遍较小,继而引起了人们对拱桥结构稳定性的关注。而想要研究拱桥结构的稳定性,还要掌握结构稳定分析的内容和方法。因此,相关人员有必要对拱桥结构的稳定分析问题展开研究,以便更好的完成拱桥结构的科学设计。

1 拱桥结构及失稳问题分析

所谓的拱桥,其实就是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁。拱桥的桥面为向上凸起的曲面,结构最大主应力沿着拱桥曲面作用,垂直方向最小应力为零。在施工和运营荷载作用下,拱桥结构主要承受压力和拱肋内力为主,同时将会产生剪力、弯矩等内力。在进行拱桥结构设计时,不仅需要关注结构强度的设计问题,还要注重结构的稳定性设计。就目前来看,针对需要承受车辆荷载的拱桥,往往会使用拱式支架进行拱上建筑重量的承受。而该种支架为桥梁合拢的拱肋,是一种空间曲杆体系。拱桥结构之所以出现局部失稳或整体失稳问题,主要是由于该体系出现了失稳现象。分析拱桥结构失稳过程可以发现,在外力增加到某一量值后,结构稳定性平衡状态将遭到打破,从而导致拱桥结构迅速发生较大变形,继而导致结构失去正常工作能力。

2 拱桥结构稳定分析

2.1 拱面内弹性屈曲的分析

从拱桥结构稳定研究理论的发展过程来看,早在1882年,就有学者开始研究拱面内弹性屈曲问题。所谓的拱面内屈曲,其实就是当拱受到荷载达到一定值时,拱在竖向平面内将处在拱轴线偏离的变形状态,此时向反对称的弯压平面挠曲转化就被称之为拱面内屈曲。为研究拱的弹性稳定,Levy通过研究圆环平衡方程得到了受压圆环的屈曲临界荷载,随后Nicolai等学者也研究得到了拱两端固结屈曲临界荷载公式和拱肋惯性矩发生变化时的屈曲临界载荷公式[1]。通过采取数值法和近似解析法,则能够得到临界荷载近似计算公式,从而对拱面内弹性屈曲展开研究。而利用这些公式,则可以将拱桥平面屈曲理论运用到实际问题的解答中,从而更好的研究拱桥结构的稳定性。

2.2 拱面外弹性屈曲的分析

在承受的载荷达到一定数值时,拱桥的拱轴线将会向着竖直平面外偏离,从而导致结构出现侧倾现象。此时,拱桥结构将发生转向空间弯矩扭曲变形,结构形态则被称之为拱面外弹性屈曲。在最早研究阶段,Saint等人是利用曲杆小变形理论进行侧向屈曲的研究,从而得到了侧倾屈曲的临界弯矩值。1923年,又有学者对径向荷载作用下的拱面外屈曲展开了研究,得到了拱侧向稳定性将受到荷载方向影响的理论。通过研究吊杆和系杆拱桥结构,学者提出了拱面外弹性屈曲的近似计算公式。而通过研究多肋组拼拱桥结构的侧倾屈曲,则得到了等效组合柱的近似计算公式。在双肋拱结构的侧倾临界荷载求解方面,则可以使用Ritz法进行临界荷载的求解[2]。该方法是由同济大学提出,需要对圆弧单肋拱和双肋拱结构在径向荷载作用下产生的侧倾屈曲展开分析。就目前来看,研究该问题需要对非保向力效应对结构的稳定性产生的影响展开分析,并且需要完成侧向稳定临界荷载的求解。

2.3 结构极限稳定承载力分析

在对拱桥结构的稳定性展开分析时,考虑到结构的初始缺陷的存在,还要对结构极限稳定承载力展开分析。因为在拱桥结构存在拱轴线偏移问题的情况下,结构本身将不具有对称性。在这一条件下,即便进行对称荷载的施加,结构也会发生不对称变形。当荷载增大到一定数值,结构应力较大区域将发生塑性变形和非弹性变形,从而导致结构出现快速变形。直至荷载达到一定数值,结构将遭到破坏。对导致结构破坏的极限荷载展开分析,则可以了解结构大变位几何非线性对结构稳定性的影响。

目前,在研究该问题时,可以使用几何非线性有限位移理论。利用该理论,可以使用弯矩增大系数法分析大挠度对拱肋弯矩和轴力产生的影响,从而对拱轴线位移进行估算,所以能够完成结构极限稳定承载力的求解。

2.4 结构稳定的有限元分析

就目前来看,在分析拱桥结构稳定性时,可以使用有限元法对拱桥稳定分析展开数值计算。利用该方法,可以利用成熟的有限元弹性稳定算法完成大量数值的计算,并且能够利用非线性分析法完成拱桥结构弹塑性屈曲和极限稳定承载力的分析计算。比如在圆弧拱几何非线性问题的研究上,就可以使用有限元分析中的圆弧曲梁单元展开研究[3]。在对大跨度拱桥的极限承载力问题展开研究时,可以使用有限元分析法对材料非线性和几何非线性耦合作用下的结构承载力展开分析计算。此外,在钢筋混凝土拱桥面内承载力和极限稳定承载力研究方面,都可以使用非线性有限元计算方法展开分析。

3 结论

总之,在拱桥施工阶段,其容易出现侧倾或屈曲问题。如果无法较好的完成拱桥结构的稳定性分析,就容易导致拱桥出现倒塌。所以,在实际进行拱桥建设时,还要使用有限元法对拱桥结构拱面内外的弹性屈曲和极限稳定承载力展开分析,以便较好的完成拱桥结构设计。

摘要：在城镇化建设不断推进的过程中,大量的拱桥得到了建设,以满足人们对城市景观的观赏要求。但是,如果拱桥结构无法得到合理的设计,就容易出现结构失稳问题,继而将给人们的生命财产安全带来威胁。基于这种认识,本文对拱桥结构稳定分析问题展开了研究,从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：拱桥结构,稳定,屈曲

参考文献

[1]陈峰,贺拴海,胡大琳等.斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2010,05:649-655.

[2]黄云,张清华,叶华文等.钢管混凝土系杆拱桥空间稳定性分析[J].桥梁建设,2014,04:50-56.

[3]甘旭东,程远志.某铁路80m系杆拱桥结构稳定分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2015,01:12-15.

结构稳定分析论文 篇2

摘 要：通?^对某高速公路边坡防护结构开展实时应力监测，根据监测数据分析判断边坡施工过程中的稳定状态以及应力损失情况，结合数值分析模型模拟应力损失后的土体受力和位移情况，分析结果表明，监测边坡处于稳定状态。

关键词：应力；监测；边坡；稳定性

中图分类号：U416 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）17-0008-03

Abstract： Through the real-time stress monitoring of the slope protection structure of a certain expressway，the stable state and the stress loss of the slope during the construction process are analyzed and judged according to the monitoring data.Based on the numerical analysis model to simulate the stress loss of soil force and displacement，the analysis results show that the monitoring slope is in a stable state.Keywords： stress； monitoring； slope； stability

某山区高速公路沿线部分边坡开挖高度高，多采用锚固防护形式，而支护结构的工作应力是影响防护结构安全的重要因素。如果支护结构的工作应力过高，可能使防护设施发生突然破坏，成为工程中的“定时炸弹”；反之，如果工作应力衰减过大，则起不到主动加固岩土体的作用。因此，有必要开展基于支护结构应力监测的边坡稳定性分析技术研究，评估边坡稳定性和安全防护有效性，保证锚固结构安全和边坡稳定性。工程概况

本项目选择位于浙江省某山区高速公路LP02合同段一路堑高边坡作为监测研究对象。该边坡最大开挖高度54.5m，分八级开挖支护，各级防护措施分别为：第一级设挡墙防护，第二、三级设锚杆框格防护，第四、五级设锚索框格植被防护，第六级骨架植草防护，第七、八级边坡高次团粒防护。锚索锚固段全部进入中风化岩层。边坡地质情况如下：坡表分布厚度不等的残破积粉质黏土层，局部为含碎石粉质黏土层，褐黄色，可塑，碎石含量在25%左右，风化强烈，厚约1.0～4.8m，属普通土（Ⅱ）；下伏基岩为片麻岩：全风化，浅黄色、浅灰褐色，砂土状，具有可塑性，厚约10.7～26m，属普通土（Ⅱ）；强风化，变晶结构，片麻状结构，裂隙发育，岩芯呈碎块状及碎屑状，属软石（Ⅳ）；中风化，变晶结构，片麻状结构，节理裂隙较发育，裂隙间由方解石脉充填，属次坚石（Ⅴ）。监测点布设

针对试验监测边坡的防护工程情况，在边坡第四、五级预应力锚索框格防护工程中选择两个监测断面，每个监测断面设置4个测点，开展应力监测。该边坡锚索设计长度为27m～36m，锚固段长度设计值均为12m，锚固力设计值为780kN。监测原理是采用弹性波锚头激振方法实时监测预应力变化，具体监测方法是选择典型锚索埋设压力环进行长期预应力监测，并对无损检测技术提供验证；采用锚头激振技术对预应力锚索的工作应力进行无损检测，对边坡预应力锚索工作应力的整体情况进行评估。

测力计在安装前可以根据工程实际情况进行现场率定。为了保证锚索测力计能够真实反映受力状况，需要在测力计两个端面放置承载垫板，使加载荷载呈均匀分布。同时，承载垫板在加工时应格外小心，表面应平整，如果垫板表面有焊渣等异物，可能导致加载过程中出现读数误差。在正式加压前，应先预压二次，预压时应缓慢施压，并在最大压力处保持一分钟以上。预压结束，测力计应静止10分钟后才能进行正式率定。

根据边坡防护设计要求，测力计安装在锚固端。安装时钢绞线或锚索从锚索计中心穿过，测力计处于钢板和工作锚之间。锚索测力计典型安装示意图见图1所示。

测力计安装完成后，各模块与数据采集仪之间通过电缆连接组成一套完成的应力监测系统，为了方便野外长期监测，为整套监测系统安装了太阳能供电系统，保证监测系统的长期稳定工作。监测系统现场布设图见图2。监测数据分析

应力监测设备安装完成后，采用BSIL-MICRO-MCU测量系统对应力开展实时监测，通过对前期监测数据整理，得到各监测点应力监测数据曲线图，其中一个监测点的监测数据见图3。从监测数据曲线图来看，该边坡锚索预应力趋于稳定，说明该边坡施工过程中处于稳定状态。从监测数据分析可以看出，当锚索锁定后，随着时间的推移，会发生荷载损失，损失率大约在10%～20%。这主要是由于岩土体的压缩、锚索材料的变形松弛等原因造成的。稳定性分析

根据监测点边坡断面截面尺寸及锚索布置情况，采用FLAC 3D数值分析软件建立边坡模型开展边坡稳定性分析，如图4所示。模型建立时的假设条件包括：不考虑Y方向不平衡力对边坡稳定性的影响。边坡侧面采用法向约束，底面采用固定约束。模型建立的过程：先采用弹性模型生成初始地应力场，再降土体定义为摩尔库伦模型，最后添加锚索构件，开始计算分析。

模型分析计算中采用的方法是强度折减法。该方法将边坡刚好达到临界破坏状态时岩土体的抗剪强度进行折减的程度定义为边坡安全系数，也就是岩土体实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。在分析计算结果时，当安全系数大于1时，边坡处于相对稳定状态；当安全系数小于1时，边坡处于不稳定状态，需要加固措施。

结构稳定分析论文 篇3

摘要：桁架式桅杆是船舶上的重要结构，其结构强度及稳定性直接关系着船舶的安全问题。基于中国船级社相关规范，利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对某钢质综合试验船的桁架式桅杆进行了不同载荷工况下的强度及稳定性分析和评估，结果表明该桁架式桅杆结构安全可靠。文中采用的校核方法可为其它类似桅杆结构强度及稳定性有限元分析提供一定的参考。

关键词：桁架式桅杆；有限元分析；结构强度；局部稳定性；整体稳定性

中图分类号：U667.1 文献标识码：A

Finite Element Analysis of Structure Strength and Stability of Truss Type Mast

CHEN Nanhua， WANG Ling， PANG Chengyan

（Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250）

Abstract： Truss type mast is the main structure of a ship， the structure strength and stability of it is related to the security of a ship. The analysis and assessment of structural strength and stability under different loads of truss type mast in a steel sea-going test ship is carried out by the finite element analysis software MSC.Patran/Nastran based on the CCS rules. The results indicate that the structure of the truss type mast is safe and reliable.

Key words： Truss type mast； Finite element analysis； Structure strength； Local stability； Overall stability

1 引言

桅杆是现代船舶的一个重要组成部分，桅杆的功能主要是搭载船用雷达、船舶气象仪、通信天线、信号灯等电子、电气设备。按照其结构形式一般可分为桁架桅和筒形桅两种：筒形桅因为其良好的强度和隐身性能，受到广泛应用，对筒形桅杆的研究也较多；桁架式桅杆由于其结构型式简单、经济、受风面积小等优点也得到一定的应用。

桁架式桅杆杆身较高，横截面面积相对较小，安全可靠度较差，任何一根弦杆失稳都容易引起整个结构的破坏。此外，其空间受力复杂，在结构和设备自重、惯性载荷以及风载荷的影响下，强度及稳定性都可能导致桅杆结构破坏。

近几年中国船级社相继颁布的《水面舰艇入级规范（2011）》（以下简称《舰艇规范》）、《中国海警舰艇入级规范（2011）》、《海关缉私舰艇检验指南（2013）》等对桅杆的强度及稳定性提出了采用有限元法校核的要求。目前对桁架式桅杆强度及稳定性研究的文章较少，尤其是对整体稳定性的研究更少。本文利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对某钢质海洋综合试验船的桁架式桅杆结构强度、局部稳定性及整体稳定性进行了分析和评估，其中强度及局部稳定性评估主要依据《舰艇规范》，整体稳定性评估则参考中国船级社《船舶与海上设施起重设备规范（2007）》（以下简称《起重规范》）的有关要求进行。

2 桅杆结构概况

本桅杆结构为三角形桁架式，安装于罗经甲板顶部，其布置及主要构件尺寸如下：前主弦管φ180×8.0 mm，位于船体中心处；后两根主弦管φ114×6.5 mm，对称布置于距中1 200 mm处；横撑及斜撑φ60×4.0 mm；桅杆平台前斜撑φ114×6.5 mm、φ80×4.5 mm，后斜撑及导航雷达平台φ80×4.5 mm；信号灯等小桅φ60×4.0 mm。详见图1。

3 有限元模型

3.1 模型的建立

对于整个船体结构而言，桅杆结构受力属于局部强度问题。根据圣维南原理，为了尽量减少边界条件对计算结果的影响，对模型范围进行适当扩充，模型范围取整个桅杆结构及第四层甲板室结构，有限元模型见图2。总体坐标系取右手直角坐标系，x轴沿船长方向首为正方向，y轴沿船宽方向左舷为正方向，z轴沿型深方向上为正方向。

3.2 单元类型及网格尺寸

结构中的板材和主要支撑构件的腹板用板单元模拟；桅杆结构、扶强材、甲板室横梁、支柱等用梁单元模拟，并考虑各构件的实际截面和偏心；主要支撑构件的面板用杆单元模拟；桅杆上的雷达等设备用质量单元模拟。

网格尺寸以200×200 mm为基准进行划分。模型中共有13 514个节点、12 485个板单元、4 133个梁单元、742个杆单元、2个质量单元。

3.3 材料参数

本桅杆及甲板室结构为普通船用钢结构，其弹性模量为2.06×105 N/mm2，泊松比为0.3，质量密度为7.85×10-9 t/mm3，屈服强度为235 N/mm2。在有限元模型中，考虑到模型与实际结构的误差，如建模时未予考虑的焊料、灯座、信号灯、踏步及其他小的舾装件等，因此模型中所采用的质量密度增加10%，即8.635 ×10-9 t/mm3。

7 结论

（1）通过对桅杆结构强度进行有限元分析，得到了桅杆结构的应力分布情况。设计时对于高应力区域应予以重点关注，必要时可采取精细网格进行详细的应力分析。

（2）本桅杆结构强度、局部稳定性及整体稳定性均满足相关规范的要求，但安全裕度较大，这是因为本桅杆对结构固有频率有额外的要求，需适当加大桅杆结构的刚度导致的。

（3）桁架式桅杆的整体稳定性校核方法及衡准在相关船舶规范中没有提及，由于结构的相似性，本文参考了《起重规范》的相关要求对其进行评估，在以后的桅杆整体性稳定性评估中，建议可采用该规范进行校核。

参考文献

[1] 杨振财，赵德有. 船舶筒形桅杆振动分析中边界条件的研究[J]. 中国海

洋平台，2006，21（2）.

[2] 李文华. 筒状桅杆结构强度的有限元分析及探讨[J]. 船舶，2012，23（2）.

[3] 中国船级社. 水面舰艇入级规范[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[4] 中国船级社. 中国海警舰艇入级规范[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[5] 中国船级社. 海关缉私舰艇检验指南[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.

[6] 中国船级社. 船舶与海上设施起重设备规范[S]. 北京：人民交通出版社，

大型输电塔架结构稳定性分析 篇4

输电塔架结构是电网生命线工程的关键性建筑物。该结构是采用热轧等肢角钢, 经过焊接、螺栓连接而成的空间薄壁杆系结构, 在裹冰荷载, 风荷载及地震作用下, 由于开口薄壁角钢构件的抗弯、扭性能差, 使其局部构件发生失稳, 最终导致整体结构破坏[1]。如1992年和1993年我国500kv高压线路连续两次发生倒塌, 特别是葛双回路一次串倒7座基塔等。2008年南方冰雪灾害, 1月25日, 湖南郴州境内输电塔倒塌, 阻断京广铁路运输, 随后, 承担着500多万千瓦“西电东送”任务的中国南方电网贵州电网, 被巨大的冰灾支解为几片孤网。1月26日, 3名电力职工在长沙电厂至沙坪变电站的500千伏线路电塔上人工除冰时, 因线路覆冰太厚, 铁塔不堪重负, 从50余米高空坠地, 3名电力职工因公殉职。这些事故在经济上造成巨大损失, 在社会上引起强烈反响。输电塔架作为电网工程的关键性建筑物, 开展基于薄壁构件失稳的塔架结构破坏机理及防治措施研究, 提高塔架结构安全设计等级, 具有重要的理论价值和现实意义[2]。

二、计算模型

(一) 研究对象。本文研究对象采用如图2所示的500kV高压酒杯型直线塔架为模型进行计算分析[3]。计算该模型的前6阶屈曲模态和临界荷载。

(二) 单元选用。在对高压输电塔架进行屈曲分析时, 塔架中弦杆和主腹杆采用2节点二次梁单元来模拟, 该单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构, 单元基于Timoshenko梁结构理论, 并考虑了剪切变形的影响。每个节点有六个自由度, 该个单元非常适合线性、大角度转动问题[4]。次辅杆采用2节杆单元, 该单元每个节点具有三个自由度, 单元不承受弯矩, 单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。

(三) 计算模型。在建立高压输电塔架结构有限元模型时, 模型中弦杆和主腹杆采用空间梁单元, 次辅杆采用空间杆单元, 以每一根杆件作为一个单元。输电塔架有限元模型如图3所示。

三、屈曲分析

对高压输电塔架进行屈曲分析时, 当恒载为一定值, 仅仅求解活载增大到何值时结构失稳, 这种情况需要不断改变活载的大小, 通过迭代求解, 使得屈曲荷载系数等于1.0, 此时的荷载 (恒载+增大后的活载) 即为结构屈曲时的荷载, 而增大后的活载与原活载之比称为活载的屈曲系数[5]。通过对高压输电塔架进行屈曲分析, 得到了结构的前6阶屈曲模态和临界荷载。输电塔架各阶屈曲模态如图4至图9所示。

依次输入活载, 然后调整, 直至屈曲荷载系数为1.0为止。因为屈曲荷载系数为1.0, 就不会对所施加的荷载进行缩放, 也就保证了恒载不被缩放, 所以此时临界荷载即所施加的活载乘以屈曲荷载系数, 也就是施加活载本身。分析得到了前6阶屈曲模态及相应的临界荷载, 高压输电塔架各阶屈曲模态所对应的临界荷载如表1所示。

工程设计要求中, 在各种屈曲模态中最重要的为第一阶屈曲模态。从图4至图9及表1可以看出, 输电塔架结构发生屈曲时的第一阶模态为平动, 此时临界荷载为69.60kN。第二阶屈曲模态临界荷载为86.89kN, 第三阶屈曲模态临界荷载为90.90kN。第四阶屈曲模态临界荷载为92.60kN。第五阶屈曲模态临界荷载为95.86kN, 第六阶屈曲模态临界荷载为98.90kN。

四、结语

综上所述, 通过对高压输电塔架的屈曲分析, 研究了高压输电塔架的各阶屈曲模态及相应的临界荷载。研究结果表明, 该输电塔架结构设计合理, 能够满足强度、刚度和稳定性设计要求, 安全可靠。

摘要：本文采用有限单元法建立了大型输电塔架的空间三维模型, 计算分析了该输电塔架结构的前6阶屈曲模态和临界荷载, 研究了各阶屈曲模态的特点。研究成果对大型输电塔架结构稳定性设计具有一定的理论意义和应用价值。

关键词：输电塔架,稳定性分析,有限元法,失稳模态,临界荷载

参考文献

[1]邓洪洲, 王肇民.输电铁塔结构系统极限承载力及可靠性研究[J].电力建设, 2000, 26 (2) :20~22

[2]李宏男, 白海峰.高压输电塔线体系抗灾研究的现状与发展趋势[J].土木工程学报, 2007, 40 (2) :39~46

[3]山西省电力公司.输电线路塔型手册[M].北京:中国电力出版社, 2009

[4]朱伯芳.有限单元法原理与应用[M].北京:中国水利水电出版社, 1998

结构稳定性教学设计 篇5

海口市第四中学 邓倩

【教材分析】

《探究结构——结构与稳定性》是苏教版教材的《技术与设计2 》第一章第二节的内容。本节内容安排在学生了解结构之后，符合学生的认知规律，从浅到深由易到难。教材首先通过一些不稳定的现象，进而引出结构稳定性的概念。本节围绕结构的稳定性展开，不涉及到结构的强度，课本从实例出发，分析影响结构稳定性的因素。这一节课的内容与生活实际联系密切，在《结构与设计》这一章中起着举足轻重的作用。不仅可以使学生对结构的基本知识有更深的认识与巩固，而且也为后面的结构与强度、结构的设计等知识的学习打下坚实的基础。

【学情分析】

作为高二的学生，已经学习了《技术与设计1》的内容，经历了技术设计的一般过程，对技术设计的思想和方法有了一定的理解。结构是具体的、形象的，结构的稳定性是与学生学习和生活息息相关的，且学生在以前进行作品设计制作过程中也已经对稳定性有了一定的认识。因此，对于基础好，思维活跃又有着很好的技术素养的高二学生定能很好掌握本节课的内容。【教学目标】

一、知识与技能:

1、理解结构的稳定性的概念。2．掌握影响结构稳定性的主要因素，懂得如何保持结构的稳定。

二、过程与方法：通过学生的探究与交流，理解和应用稳定性的知识。提高学生的技术素养。经历技术实践活动，掌握基本的技术学习方法和技术探究方法，能综合运用知识解决实际问题，具有初步的参与技术活动的能力和实践能力。

三：情感与价值观：通过探究和交流学习，促进学生间的交流与合作，培养学生对技术文化的理解。通过所学知识和技能解决实际问题，发展学生创新精神和理论运用能力。通过技术实践活动，形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望；培养自己与他人协作的精神。【学习重点、难点】

知识重点：结构的稳定性及其主要影响因素

教学方法重点：学生的探究和交流 知识难点：区分“接触面”与“支撑面”这两个概念

影响因素的改变常伴随其他因素的改变 通过技术活动，掌握影响结构稳定性的因素

教学方法难点：学生探究与合作交流的组织，教学过程的控制。

利用结构稳定的影响因因素解决生活中存在的不稳定结构 【教学策略】

根据课标要求结合本节内容与学情分析，在教学中为了使学生掌握相关知识，以“影响结构稳定性的主要因素”为主线，并以这条主线进行展开，使学生达到将知识学以致用的目的，用技术活动的手段巩固理论知识。在教学中充分利用探究、设计实践等的教学方法。在课堂教学中，对作品评价采用了自评、互评和教师总评的评价方式，且更注重对学生学习过程的评价。【教学准备】

多媒体、筷子、牛奶，线、米尺 【设计思路】

本教学设计采用逆向思维，先由学生自学，并应用自学的知识解决问题，教师提出疑问再来验证同学们的观点。在学生自主探究学习的基础上培养学生的协作精神。教学的主要流程：情景导入——感性认知——知识建构——施展神术——拓展提升——课堂小结 【教学过程】 情景导入：

认识的结构稳定性，采用少数仡佬族的神术，立石头视频。为何编导立不稳，而仡佬族的老者能立稳。设问:这是神术还是科学？激发学生的学习兴趣，由此，引出结构的重要性质——稳定性，这节课主要探究结构的稳定性。

设计意图：利用仡佬族的神术立石头导入，激发学生的学习欲望。知识建构：感性认识

设计意图：学生通过生活的经验，能针对结构做一些稳定性的改进。出发点不具有科学性。为论证理论探究做铺垫。

抛问题：刘敏同学设计了一个放置CD盘的CD架，并制 作了如图的原型。为了测试CD架的稳定性能，在支板上逐渐增放CD盘，当增至一定数量时，CD架出现了问题。

看书，思考如何改进才能让CD架稳定？

思考:影响稳定性的因素有哪些？你的改进应用了哪一个影响因素？

组织学生用5分钟时间看书自学，整理本节课的知识脉胳。用幻灯片梳理稳定性的概念及影响结构稳定性的因素。

结构稳定性：是指结构在荷载（外力）的作用下，维持其原有的平衡形式（状态）的能力。它是结构的重要性质之一。结构具有阻碍翻倒或移动的特性

影响结构的稳定性因素：重心的高低、结构与地面接触形成的支撑面大小、结构的形状 理性探究 探究的内容与方式

设计意图：通过生活常见的资源和试验载体。学生很容易上手，试验效果也很明显。丰富课堂的同时，更多的是让学生体验试验的魅力。实践环节变得更容易。

探究一:如何让鸡蛋站立桌面上？ 啤酒瓶正立和倒立两种状态下，我们对其施加同样的力，哪一种状态物体更稳定？

结论：支撑面的大小影响结构的稳定性。

探究二：如何让一张纸站立于桌面上？ 同种形状，改变高矮稳定性会怎么样?

预设：同学一般都用固定的思维模式会采用折叠成不同的形状，让纸站起来。不难引出结构的形状影响稳定性。引导学生思考的探究，同样的形状，从高，矮，或是与地面的支撑大小、或是摆放的位置去思考。不难也可以导出影响结构稳定性的其他因素。探究三：人站立时比较稳定，但当身体倾斜的时候却变的不稳定，为什么重心下降了，反而不稳定了呢？

每小组六人，探究，得出结论，并提出疑问。补充结论。展示结论，提出疑问？ 教师点评：

预设：同学一般都用固定的思维模式会采用折叠成不同的形状，让纸站起来。不难引出结构的形状影响稳定性。引导学生思考的探究，同样的形状，从高，矮，或是与地面的支撑大小、或是摆放的位置去思考。不难也可以导出影响结构稳定性的其他因素。

结构稳定的条件，人体的结构不变，站立的支撑面不变，重心下降了，反而不稳。实物演示观察重心垂线变化。得出结论。重心所在点的垂线落在支撑面的范围，就是稳定的。最主是要协调各影响因素的关系，一个结构稳定一个影响因素的改变往往伴随其他影响因素的改变。只要协调关系，结构就可以很稳定。施展神术：利用所学知识，用筷子支撑重物。

以小组为单位，用筷子支撑牛奶，看那一组设计得又高，又稳。设计意图：针对所学知识，马上进行应用，加强记忆。与导入的仡佬族的神术互相辉映。

拓展提升：不稳定的结构有用处吗？ 倒立啤酒预测地震，笔芯滚珠的利用

课堂小结： 板书：结构的概念：

影响结构的稳定性因素：重心的高低 支撑面的大小 结构的形状 结构稳定的条件：重心所在点的垂线落在支撑面的范围

结构稳定分析论文 篇6

尽管基金在2008年四季度的亏损总额有所减少，但基金在当季股票投资上仍保持谨慎，股票仓位没有增加，而是略有降低。

多数基金保持适中仓位

2008年基金四季报显示，开放式股票型基金和混合型基金的股票仓位分别从2008年第三季度的74.31％和61.54％降至73.45％和61.09％，下降幅度均在1个百分点之内。

其中，股票和混合型基金股票仓位在90％以上的比例为6.62％，较上季度减少了0.22个百分点：股票仓位在80％～90％的基金比例为6.62％，较上季度减少了3.15个百分点；股票仓位在70％～80％的基金占24.61％，较上季度增加2.46％；股票仓位在60％～70％，占比为35.33％，较上季度增加3.41％：股票仓位小于60％的基金比例为26.81％，较上一季度减少2.50个百分点。

也就是说，去年三季度高仓位和低仓位的基金在四季度向其反方向改变，更多的基金希望将仓位控制在百分之六七十的水平，说明这些基金在股市走势不明朗的情况下，倾向于保持适中仓位，这样既能防止大盘下挫引发净值缩水，也能在市场上扬的过程中获得收益。

5只基金仓位逾90％

在开放式主动型股票基金中，仓位在90％以上的仅有博吋特许价值和中邮创业核心优选2只。高仓位使其在股市反弹中获益，这2只基金在今年的业绩排名中位列前茅。

老基金中，有4只基金的仓位低于股票基金仓位下限60％，它们是中海优质成长、华安创新、融通蓝筹成长和华宝兴业多策略增长，其中中海优质成长的仓位仅46.45％、去年股票基金业绩冠军泰达荷银成长的仓位也仅60.48％，低仓位策略是其去年少亏的重要因素。分析师认为，对于2009年而言，由于A股市场既不存在单边大幅下跌的风险，也不具备单边大幅反弹的可能，因此基金投资组合的资产结构将会比组合的仓位更为重要。

混合型基金中有11只基金的仓位在80％以上，其中嘉实主题精选、东方精选和上投摩根中国优势的仓位超过了90％，嘉实主题精选的仓位高达到94.48％。而8只平衡偏债型老基金的仓位低于30％，显示其依然谨慎的策略。

从股票与混合型基金来看，仓位减少和仓位增加的基金各占一半，说明基金持仓分歧增加，在剔除新基金建仓后多数基金在去年四季度减仓。

何以增减仓

增仓最多的前5位基金管理公司分别是新世纪基金、友邦华泰基金、泰信基金、申万巴黎基金和摩根士丹利华鑫基金，减仓前5位的基金公司分别是诺德基金，华商基金、宝盈基金、长城基金和金鹰基金。

股票仓位最高的前5位基金管理公司分别为东方基金(87.91％)、信达澳银基金(86.71％)、中邮创业基金(83.38％)、光大保德信基金(82.47％)和万家基金(82.44％)，与上季度相比，股票仓位排名前5位的基金管理公司除了光大保德信基金和万家基金是新增基金公司之外，其余3家基金公司在上季度也在前5名之内。表明这些基金管理公司对后市较为看好。

东方精选基金在去年四季报中表示，经济保持较快增长的目标是可以实现的，过分悲观并不可取。后期，该基金将继续保持较高仓位，并适当参与新的经济背景下出现的投资机会。

中邮核心优选认为，全球性金融市场动荡逐步接近尾声，企业的去库存化过程将在2009年一季度结束，政府大规模的经济刺激计划已经开始实施，并在不断推出新的财税货币政策。经济在这一系列因素的推动下将出现一轮复苏。而随着2008年年报和2009年一季报的披露，上市公司较差的业绩仍将给资本市场带来压力。随着业绩压力的逐步释放，资本市场将面临阶段性反弹，而前期跌幅巨大的周期性行业将获得转机。

股票仓位最低的前5位基金管理公司分别为摩根士丹利华鑫基金(43.12％)、农银汇理基金(45.79％)、金元比联基金(48.57％)、兴业全球基金(51.37％)和银河基金(51.59％)。与上季度相比，除了兴业全球基金和摩根士丹利华鑫基金一直保持低仓位外，其他3家基金管理公司全部是新进入轻仓前5位的。

在去年四季报中，兴业趋势基金认为，从中长期来看，考虑到流动性的增加、蓝筹公司较低的估值水平以及债券市场极低的收益率，目前A股市场已经具备了一定的吸引力。但短期来看，国内外宏观经济面存在较大的不确定性，如新的供求平衡究竟会在什么水平上形成、企业盈利能力的可能大幅下降，尤其是外部经济下滑对国内企业供给过剩的冲击仍将会在某个时候显著体现，使得该基金对短期市场的表现持较为谨慎的态度。但2009年市场中个股的活跃度将显著高于2008年。

看好哪些行业公司

在基金增仓和减仓中，哪些股票受到青睐、哪些股票遭到抛弃呢?

与去年三季度对比，四季度基金重仓配置的前5大行业中新进医药生物，而批发零售贸易退出。行业配置比例变化上升超过1％的行业包括机械设备和医药生物，下降超过1％的行业有金融保险、采掘和交通运输。

与市场基准相比，超额配置超过2％的行业包括食品饮料、医药生物、机械设备、批发零售，低于标准配置超过2％的行业有金属非金属、金融保险和电力、煤气及水的生产和供应业。配置比例上升且为超配的行业有医药和机械，配置比例下降且为低配的行业有交通运输和金融保险。

在个股方面，新进重仓股多数是市盈率在30倍以下、市净率在4倍以下，且总市值多数在35亿元之下。这些股票在去年四季度的表现较为强势，但也有少数品种出现较大的跌幅。

根据统计，按照持股市值计算，基金去年四季度增仓的前10大股票分别是中国平安、特变电工、万科A、中国铁建、东方电气、双汇发展、恒瑞医药、海油工程、燕京啤酒小商品城。在增仓的股票中，还有一批中小盘股出现，如格力电器、科华生物、中国南车、北京银行等。

而基金在去年四季度退出的重仓股中，化工、机械和交通运输等行业中有10只左右的个股，这些股票的市盈率和市净率主要分布于7～17倍与5倍之下，且总市值在8.5亿元以下的居多。

从市场表现来看，这些被基金抛售的股票大多出现了较大的跌幅，表现较差。

金融股、钢铁股、能源股成为被减持的主要对象。招商银行、中国神华、中信证券、中国石化、武钢股份、宝钢股份、中国人寿、浦发银行、工商银行、云天化、民生银行等都位居基金减持的市值排名前列。

在基金新增股票中，金风科技、一致药业成为大赢家，分别获得22只基金和9只基金的垂青。

金风科技在最近1个月中股价上涨已经超过30％，在最近13周中股价已近翻番。金风科技是以风机的生产和销售为主，2007年金风风机销售业务占到总营业额的98.15％，2008年上半年占比接近90％。这家风机公司不仅受到基金的追捧，也获得公司自家人的看好。资料显示，金风科技首席财务官余丹柯在2009年1月13日也买人金风科技16万股，成交均价27.98元。而一致药业在最近13周中，股价上涨近50％。

集中度下降

基金在增减仓中并没有出现过去的集中持股现象。由于股市在去年四季度中后期出现了反弹，市场情绪趋于活跃，基金普遍认为存在结构性的机会，采取了积极选股的策略，持股趋于分散化。

持股集中度在70％以上的基金有25只，比上季度减少了11只，有14只基金的持股集中度超过了80％。其中，银河收益、景顺长城公司治理、宝盈鸿利收益、天治财富增长、国联安德盛红利和富国天鼎中证红利等6只基金的持股数小于或等于10家，因此其持股集中度最高。

土钉支护结构的稳定性分析 篇7

( 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8

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.

柱面网壳结构动力稳定性分析 篇9

网壳结构的应用被越来越多的人关注, 尤其是柱面网壳结构, 由于其结构简单, 造型优美, 同时由于其施工工艺技术成熟, 造价成本低, 柱面网壳结构是大多数建筑师们设计网壳的优选形式。但柱面网壳结构的稳定性问题是采用此结构的最大难点问题, 尤其是在地震作用下的稳定性问题, 目前国内还没有统一的研究理论, 破坏的准则也没有统一的准则, 有的采用BudianskyRoth准则、有的采用能量准则、还有刚度准则、时间冻结法等等, 最有代表性的是Budiansky-Roth准则。本文采用Budiansky-Roth准则对计算模型在地震作用下的稳定性问题进行分析。

2 计算模型和材料模型

模型为目前常用的有限元分析软件ANSYS内的柱面网壳结构模型, 网壳结构的跨度20 m, 长度为30 m, 矢跨比为1/3, 网壳中的杆件为梁单元杆件即Pipe20, 支座采用固定支座, 即假定结构在破坏时, 不因支座的承载力不足而产生破坏。因为本文主要研究在动荷载作用时, 静荷载的影响力大小, 因此需要考虑屋面的恒载作用, 所以在杆单元上施加上质量单元Mass21单元。杆件的材料采用Q235钢, 材料关系假定为等向强化弹性线性材料, 阻尼采用瑞雷阻尼, 阻尼比0.02。利用ANSYS软件中的动力分析程序, 研究柱面网壳在地震作用下失稳时, 静荷载和杆件局部的失稳对结构整体失稳的影响程度。

3 结果与分析

3.1 结构自重及屋面荷载影响

由于结构自重和屋面荷载对结构在地震荷载作用下结构动力响应有很大的影响, 在许多文献中研究网壳在地震荷载作用下的动力响应时均考虑了结构自重和屋面荷载的影响。然而在ANSYS程序中如何考虑这些影响以及采用的方法是否正确, 至今为止仍然没有一个公认的方法。本节对结构在自重、自重+地震震、、只只有有地地震震三三种种荷荷载载组组合合下下结结构构的的动动力力响响应应进进行行对对比比分分析析。。为为了能清晰判断出在ANSYS程序所用方法是否正确, 在计算时暂时不考虑材料非线性和几何非线性的影响。同时也不考虑阻尼的影响, 从理论上来说考虑自重影响的地震荷载下节点位移应等于只有地震作用和只有自重作用下节点的位移之和。表1为地震加速度峰值为220 gal特征节点的位移比较。从表1可以看出, 在只有地震作用下的节点最大位移和考虑自重作用下的节点最大位移出现的时刻完全相同, 且通过比较分析可得节点位移的绝对误差在0.001以下, 相对误差在1%以内。因此此种方法在计算地震作用下结构的响应时能正确考虑结构自重的影响。

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在上述研究基础上, 分别对结构在加速度峰值为220 gal, 400 gal, 6 000 gal, 800 gal, 1 200 gal等各级地震荷载作用时, 结构形态进行分析和研究, 结果表明, 在地震加速度峰值较小时考虑自重的地震荷载下节点位移应等于只有地震作用和只有自重作用下节点的位移之和, 当荷载峰值较大时, 静荷载对结构的稳定性影响较大, 因此在施加动荷载时, 必须充分考虑静荷载的影响力。

3.2 杆件局部失稳对整体失稳的影响

为研究单根杆件的局部失稳对整体承载力的影响, 通过把各根杆件划分为1个单元、2个单元、4个单元来研究单根杆件是否有失稳现象以及对整体结构失稳的影响。通过计算分析研究得出:

1) 虽然杆件划分的单元数不同, 但结构的动力临界荷载基本相同, 杆件分1个单元的临界荷载为1 600 gal, 2个单元的为1 550 gal, 4个单元的为1 600 gal。三种不同结构的加速度峰值—节点最大位移曲线基本重合。

2) 杆件的单元数不同, 对结构的刚度影响较小, 在不同峰值加速度作用下, 不同结构节点最大位移位置有所不同。研究表明, 在相同加速度峰值作用下, 三种结构最大节点位移相差不多。

3) 对杆件划分为2个单元结构进行详细分析, 一方面通过对同一根杆件三个节点位移时程和左节点与中间节点、右节点与中间节点位移相对差的时程曲线进行分析。从三节点的时程曲线可以看出, 无论在弹性、弹塑性、大变形、失稳后的任何阶段, 杆件的三节点往复振动中, 中间节点振动幅度比端节点振动幅度小, 且位移时程曲线比较松散, 说明结构在地震波作用下中间节点与端节点振动不太同步, 有一定的相位差, 在振动中间节点来不及恢复到平衡位置就继续振动, 但三节点振动平衡位置基本一致。从三节点位移差的时程曲线看出, 当加速度峰值为220 gal时, 节点位移差最大值为0.019 m, 当加速度峰值为1 000 gal时, 节点位移差最大值为0.039 m, 当加速度峰值为1 550 gal时, 节点位移差最大值为0.169 m。虽然随着加速度峰值的增大, 节点位移差也不断增大, 但最大位移差对应的并非同一根杆件, 而是在不断的变化。另一方面通过对同一根杆件左、中、右三个截面上8个积分点的应力情况分析来判断单根杆件的局部失稳对结构失稳的影响。经过对结构跨中、1/4跨、边跨的一些杆件在进入弹塑性状态后各截面积分点应力的分析, 同根杆件中间截面积分点的应力进入塑性的比例比端截面进入塑性杆件的比例要少很多。

建筑钢结构主体稳定性设计分析 篇10

一、建筑钢结构的优点

1钢结构材料的抗震性高

在工程建筑中所使用的钢结构主要是由钢板、冷加工的薄型钢板或是热轧型钢等材料制作而来的, 所以与混凝土制成的结构相比具有重量轻、延展性强的优点。因为这些钢材料的的强度高, 具有较高的可塑性, 同时柔韧性更强, 能满足工程建筑的不同需要, 因此在工程建筑的过程中被广泛的使用。且钢结构具有较高的延展性, 所以具有很强的抗震性, 所以当发生地震时, 具有较强的缓冲作用, 与传统的混凝土结构相比安全性更高, 适用于地震多发的地区。

2钢结构材料的精确度高

在工程建筑的过程中, 要根据建筑的实际情况选择不同材料, 进行建筑结构建设。如果是大跨度的建筑, 则可以采用钢结构, 因为这种材料的结构具有较高的韧性和可塑性。如果在建筑的过程中需要较高的稳定性, 那么就更应该采用这种钢结构, 因为这种材料在一定范围内的应力幅度具有很强的弹性, 所以如果建筑需要非常精确的施工, 那么这种钢建筑在受力的情况下与工程建筑的力学计算方法比较符合, 与混凝土结构相比更加精确, 所以可以被广泛使用。

3钢结构的建筑施工简便

建筑钢结构的制作过程非常简单, 因为主要是由钢板、冷加工的薄型钢板或是热轧型钢为材料制作而来的, 所以在制造的过程中所使用的材料非常单一, 制作的方法也很简单。这些材料的强度和密度比混凝土大, 但重量却轻很多, 因此如果是在同样跨度且能承受同样强度的情况下, 钢结构比混凝土结构的重量要轻很多, 材料的运输成本更低, 因此如果是远距离运输的话会比使用混凝土材料节省很多成本。工程的施工更加简便, 且施工周期短, 有利于节省建筑成本。

在钢结构的施工过程中, 采用的是干施工的方式, 所以在是施工的过程中会产生很少的施工噪音, 比混凝土结构的施工更加环保, 在施工的过程中也不会产生钢结构垃圾, 有利于我国建筑行业的可持续发展。

二、建筑钢结构的缺点

虽然与混凝土结构相比钢结构存在很多的优点, 但是由于施工条件的限制, 在施工的过程中受到各种因素的制约, 在使用钢结构的过程中也会出现相应的问题, 在工程建筑中应认识到钢结构存在的问题, 及时采取措施进行规避, 保证工程建筑的整体质量。

1钢建筑材料自身存在的缺点

与混凝土结构相比, 钢结构的最大弱点就是耐腐蚀性和抗火性较弱, 因此若果在施工的过程中温度超过150摄氏度, 那么钢结构就会出现问题。在建筑的过程中就需要对钢结构进行防护, 而这些隔热设施的使用又会增加建筑的成本, 所以在具体的工程建筑过程中, 应该根据工程施工的具体情况, 选取结构材料。

另外, 虽然钢结构就有较高的强度, 但是在钢结构的实际应用中, 通常选取强度较低的构件, 且这些构件的横截面多是以薄壁的形式出现, 使建筑钢结构的整体稳定性受到了限制。在具体的施工中通常容易出现只重视钢结构的稳定性忽视了其强度的充分发挥, 造成建筑材料浪费的现象, 工程的整体质量也得不到保证。

2钢结构设计上存在的缺陷

在钢结构的建筑施工过程中, 还存在设计不合理的现象, 使钢结构的各种特性不能得到充分发挥, 增加了钢结构的不稳定性, 因此在钢结构的设计过程中必须遵循一定的设计原则, 保证工程建筑的稳定性, 规避在建筑过程中对钢结构造成的不利影响, 保证工程建筑的质量。

三、建筑钢结构主体稳定性设计

在钢结构稳定性的设计过程中, 必须对原有的设计方法进行变革, 并遵循一定的设计原则。在设计的过程中, 充分发挥钢结构的各种优势, 同时规避钢结构存在的缺点, 使工程建筑的钢结构稳定性更强, 保证工程建筑的整体质量。

1建筑钢结构主体稳定性设计的原则

在建筑钢结构稳定性设计的过程中, 应该将钢结构的稳定性与强度区分开来, 因为在实际的建筑过程中, 只有将二者区分开来, 才能保证钢结构的各项优势得到充分发挥。在钢结构的设计过程中一定要以全局的眼光来进行钢结构的整体布局, 只有这样才能保证工程建筑的整体稳定性, 同时还要保证钢结构的每一个布局的稳定性, 因为在工程建筑的过程中, 钢结构的整体与局部是相互依存的, 在具体的设计过程中, 可以在保证钢结构整体稳定性的情况下, 设计必要的支撑构件, 来保证工程建筑的整体稳定性。

在建筑钢结构稳定性的设计过程中, 结构设计简图和计算方法所依据的简图必须在一致的情况下进行, 因为在钢结构的实际设计中只对框架柱的稳定性进行设计, 而不对每一层框架做稳定性分析, 造成这种现象的原因是在工程建筑的过程中, 涉及到众多的框架, 在实际的工作中对每一个框架都做稳定性分析是不现实的, 所以在工程设计的过程中, 通常计算框架柱的稳定性, 因为在实际的计算过程中, 框架柱的稳定性与框架的稳定性是一致的。在进行框架柱稳定性的计算时, 需要用到柱长度计算系数。但是在实际的计算过程中, 往往容易出现设计的框架不符合实际条件, 使框架柱的计算无法具体实行。

在钢结构的细部构造上也应该进行细致的稳定型设计, 同样钢结构的构件稳定性也应该被充分的考虑在内。在构件的细部设计上, 如果对细部的传递弯矩与不传递弯矩之间的节点有具体的要求, 应该在充分考虑构件柔韧性与刚性的情况下, 根据工程结构的不同强度要求作出具体的计算。

2建筑钢结构稳定性的设计特点

在建筑钢结构的稳定性设计过程中, 必须先了解设计过程中的特点, 只有这样才能保证工程设计的整体质量。首先, 在钢结构稳定性的设计过程中, 要在钢结构的整体上进行充分分析, 保证各个钢件的稳定性。在钢结构稳定性的设计过程中, 轴心压杆的稳定性计算通常采用折减系数法或是临界压力求解法, 这两种计算方法, 对钢结构的失稳及整体刚度的计算具有重要作用。在钢结构的弹性稳定性计算中, 应该首先应用柔性构件的第二阶分析法, 因为在弹性结构的计算中柔性构件的弹性会对钢结构的整体稳定性产生影响, 所以在设计时, 应该在钢结构整体稳定性的情况下进行计算, 使钢结构的整体稳定性得到保证, 弹性较大结构的稳定性也能得到保证, 且使这部分建筑结构的精确度更高。

3在钢结构稳定性设计过程中需要注意的问题

在钢结构稳定性的设计过程中, 不能一味的采取统一的设计方法, 在实际的设计过程中应该充分考虑工程建筑的具体情况。比如, 如今的工程建筑可以分为多层建筑和低层建筑, 建筑物的层数不同, 对钢结构的稳定性的要求是不同的, 通常只有12层以下的建筑材料适用于钢结构, 同时为了提高钢结构的稳定性, 应尽量设计对称的建筑, 保证建筑工程在遇到地震时, 具有较高的稳定性, 对建筑的损坏降到最低。

在钢结构的建设过程中, 还应保证钢构件的稳定性及强度能达到标准, 可以根据构件的厚度和长度的比值, 设计稳定性最强的构件。如果钢构件在钢结构整体失效前已经发生了屈曲, 则需要通过钢构件的屈曲强度来增加构件整体的承载力。

在钢结构稳定性设计的过程中, 还可以借助于先进的计算机软件, 对一些复杂的计算, 计算机比人的计算准确度更高, 同时也提高了钢建筑稳定性计算的效率, 可以将其作为钢建筑稳定性设计的辅助工具。

结语

在工程建筑的过程中, 为了保证建筑的稳定性, 必须根据工程建筑的实际情况进行选择, 因为钢结构具有的众多优点, 因此在工程建筑的过程中, 应该尽可能的发挥钢结构的积极作用, 重视钢建筑的稳定性设计, 同时在建筑的过程中应及时规避缺点, 保证工程建筑的质量, 只有这样才能保证我国建筑行业的可持续发展。

参考文献

[1]宋统战.坚定信心转型升级降本增利面对"十二五"向世界钢管强国迈进--中国钢结构协会钢管分会理事长严泽生在钢管分会五届五次理事 (扩大) 会议上的讲话 (节选) [J].钢管, 2013 (11) .

[2]夏道伟, 陈淑鹏.钢结构建筑成为绿色建筑的发展方向[J].新建设 (现代物业上旬刊) , 2013 (11) .

钢结构的稳定性设计研究 篇11

【关键词】钢结构；稳定性；结构设计；相关因素

1.钢结构稳定性设计中存在的问题

钢结构稳定性问题是指在受到外界扰动的情况下能否恢复到初始状态的性能，在钢结构的使用中，其稳定性会受到其本身或者外界各方面因素的影响，具有一定的随机性，因此，对于钢结构稳定性设计不仅仅要考虑到自身影响因素，还要顾及到外界影响造成的不良后果，才能从根本上阻止各种隐患的发生。

首先，钢结构稳定性受到其构件承载强度的影响，其中也包括构件材料的应力、截面特征等，都对钢结构稳定性产生影响。整体结构的支撑力与抗扭力性能也十分重要，包括在设计建模设计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出现的差异,都是影响钢结构稳定性的重要因素，这些在稳定性设计时都是必须考虑的。

其次，目前钢结构稳定性设计中存在的问题是大跨度结构设计中如何反映轴力和弯矩的耦合效应。一般情况下，大跨度结构设计中取一个稳定安全系数，不一定能真实的反应网壳结构的受力状态，因此，预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善的状况下，整体与局部的稳定性之间的相互作用关系也是值得研究的问题。

另外，对于钢结构来说其稳定理论也不是十分完善，而通常人们在设计中时却是从完善的角度思考，很多随即因素并没有考虑进去，就去对其稳定性造成严重的影响。在实际工程施工中，因为大部分局限于结构参数的不确定性，就会引起结构响应的显著差异，所以，钢结构稳定性设计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。才能确保钢结构应用顺利进行。

以上都是钢结构构件稳定性设计中存在的问题，只有不断完善相关基础理论研究，加强对影响钢结构稳定性设计的随机因素加强检测和控制，才能从根本上使得钢结构的稳定性问题得到根本解决。

2.钢结构稳定性设计原则和特点

2.1钢结构稳定性设计的原则

首先，一般情况下保证平面结构不出现失稳现象，需要从钢结构整体的布置着手，因此，在设计时就要考虑必要的支撑构件，满足整个体系以及构件局部稳定性的要求。同时，在计算平面结构的稳定也必须和结构布置保持一致，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。

其次，在设计时结构计算简图和实际计算方式所依据的简图必须保持一致。很多时候为了节约成本，在设计单层或多层框架的结构时，忽略了其稳定性的分析，而采用计算的方式代替分析过程。稳定性计算费方式只能从一定的程度上特定因素，计算出的数值并不是全部参数而是典型数值，这就从根本上忽视了钢结构稳定性多样化因素的发生，再加上计算会出现部分误差，就会造成钢结构失稳的状况。因此，在此基础上必须要稳定性分析和计算相结合，才能有效的保证钢结构稳定性。

在实际钢结构的设计制造过程中，细部构造设计与稳定性的一致性是备受关注的问题，必须要求钢结构细部构造设计和稳定性相一致，是钢结构设计原则的必要因素。因此，就要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接时分别赋与足够的刚度和柔度，尽量减少桁架节点杆件偏心现象，支座还要能够阻止梁饶纵轴扭转等，保证其稳定性能。

2.2钢结构稳定性设计的特点

根据钢结构整体稳定性的要求来看，对于其稳定性设计的特点可以分为整体刚度和失稳效应、稳定性分析的整体性、稳定性计算的其他特点等。刚度和失稳效应上根据现在实行的规范，轴心压杆的稳定计算法是通过临界压力求解与折减系数法来实现的；由于杆件能够保持稳定性是结构整体的性能和承载力综合决定的，杆件能否保持稳定牵涉到结构的整体，因此钢结构稳定性分析和计算必须从整体进行考量。

另外，在弹性稳定计算中，除了需要整体考虑结构的屈曲性能和强度等指标，还有一些其它特点需要引起重视，二阶分析即是必须要考虑的因素，对于钢结构稳定性也是十分重要的，采用二阶分析发，可以针对大变形、大挠度的钢结构进行较为系统准确的分析计算，而对结构内力产生了不能忽视的影响。

3.钢结构稳定性设计中的加固方法

在钢结构稳定性实际施工中受到多方面因素的影响，在先期稳定性的设计时就应该找出应急的方法对钢结构整体进行加固，确保其更加稳定。目前，根据实际经验，钢结构稳定性加固的设计方式可以从改变结构计算图形、减轻荷载分布形式、加大结构截面以及连接强度等几个方面开始着手，进一步的保证钢结构施工的稳定进行。

通常我们所说的改变钢结构计算图形的加固方法就是利用荷载分布状况、边界条件等，通过增设附加杆件和支撑点，对其施加预应力，而进一步的保证其稳定性的方式。这种方式要考虑到空间协调因素的应用，增加支撑点形成一定的空间结构，通过提高刚度和承载力的方式提高其稳定性，使之能承受大部分水平力，以减轻其它柱列的负荷，并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。

在设计中还可以采用对受弯杆件改变其界面内力的方式对钢结构进行稳定加固。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等。特别需要注意的是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，并要求考虑已有缺陷和损伤状况。当然焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，也是十分有利于钢结构稳定性的，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，这一点在稳定性设计时也是必要考虑的方式。[科]

【参考文献】

［１］张耀春,武振宇,张文元.值得探讨的若干钢结构稳定问题[J].钢结构工程研究,2002.

［２］郑金泰.探究钢结构稳定性设计.2008.

［３］陈铭,何丽丽,巩伟平.浅谈钢结构稳定性设计.山西建筑,2008.

［４］永毓栋,王志骞.钢结构稳定性原理.西安交通大学出版社,1991.

结构稳定分析论文 篇12

当今世界科学技术的高速发展,尤其是计算机技术的发展,给建筑结构形式的多样性奠定了一定的物质基础,同时也为建筑师充分发挥巧妙的构思提供了有利条件。建筑师为了表现创造性思维,构思出各种复杂体型的结构,例如结构底层内部大空间的使用功能要求的建筑。针对建筑底层内部大空间的使用功能,结构工程师在结构布置上采取了相关的措施。一般对结构底部几层做抽柱处理,并且在抽柱的位置用转换桁架来传递上部荷载,导致竖向构件不连续。或者在结构底层楼板大开洞甚至是底部几层通高,导致楼板不连续和越层柱的出现。这些做法在我国的建筑设计中越来越普遍,虽然满足了人们对建筑使用功能的要求,但是也超出了我国规范的相关要求。竖向构件的不连续、楼板不连续、结构体型复杂等对抗震不利,当遇地震时结构可能发生严重破坏甚至倒塌。对于上述问题,在实际工程的设计中需要进行相关的结构分析。

1 工程实例

1.1 工程概况

武汉市某商业大厦项目,地上分为主塔楼和裙房,主楼为混凝土框架核心筒结构体系,核心筒顶部高度194.6 m。首层层高6 m,2~5层层高5.4 m,办公标准层层高为4.1 m,11层、23层和35层为避难层,地上共计45层,使用功能为办公加部分商务配套。项目总建筑面积13万m2,地上9万m2,其中塔楼地上建筑面积7.59万m2。主楼平面为切角的正三边形,边长原为60 m,切角后的边长为43.6 m。外框柱距8.4 m和7.8 m,外框柱与核心筒外墙中心距为9.3 m。二层楼板大开洞,仅局部有楼板,有效宽度<50%,开洞面积>30%。该项目为了减小底层柱的截面尺寸,采用型钢混凝土柱,上部楼层采用钢筋混凝土柱。结构的标准层平面图见图1。

1.2 主要超限情况

(1)该工程结构类型为框架核心筒结构,主体结构高度194.6 m,超A级高度,属于B级高度范围内。

(2)经PKPM计算软件计算,结构的扭转位移比>1.2,属于扭转不规则。

(3)二层楼板大开洞,仅局部有楼板,开洞面积>30%,楼板不连续。

(4)首层层间受剪承载力小于上一层受剪承载力80%,承载力突变。

(5)底层有越层柱,34层到屋顶的角柱为斜柱,44层和45层边柱为斜柱,属于局部不规则。

2 结构整体稳定性分析

2.1 相关规范的规定

JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)规定,当结构的刚重比满足最小限值时,结构的整体稳定性具有适宜的安全储备,但应该考虑结构重力二阶效应的不利影响。当结构刚重比值比较大时,结构的重力二阶效应影响较小,此时可不考虑重力二阶效应的影响。《高规》规定,高层建筑结构整体稳定性应满足以下规定:

剪力墙结构、框剪结构、筒体结构应满足:

但是,上述简化公式是有前提条件的。①结构布置竖向均匀相同。②楼层的重力荷载在竖向是均匀分布。同时,上述公式中Gi是重力荷载设计值(1.2D+1.4L),而我们计算楼层质量一般是用重力荷载代表值(D+0.5L)或者标准值(D+L)来计算。因此,在结构比较规则时,用上述公式计算是偏于安全的,具有一定的安全储备。但结构体型不规则时,计算结构整体稳定性不能用上述简化公式来计算。

2.2 计算结构刚重比

表1的计算结果表明,PKPM和ETABS在未考虑和考虑重力二阶效应后,结构分别在两个主轴方向的基底倾覆弯矩相差在4%以内,即基底倾覆弯矩几乎没有什么变化。考虑结构重力二阶效应,其意义在于探究重力荷载对结构水平侧向荷载响应的影响。而结构的基底倾覆弯矩可以作为可靠的指标来衡量,通过比较得出在小震弹性阶段考虑重力二阶效应对结构的影响比较小。

弯剪型结构在水平侧向荷载作用下,考虑重力二阶效应后结构构件弯矩M*和不考虑重力二阶效应构件弯矩M,两者的近似关系可由(3)式来表达:

经近似关系计算,构件的内力增幅在5%~10%之间,宜考虑重力二阶效应。从偏安全考虑,该工程在设计中考虑重力二阶效应影响。

3 局部越层柱稳定分析

3.1 两类压杆问题

结构的失稳大致可分为极值点失稳和分支点失稳这两种基本形式。分支点失稳是理想的中心受压杆线,荷载没有初始的偏心,几何形状没有初始曲率。其特征是在分支点处,压杆的原始平衡状态和新平衡状态并存,在该点出现平衡形式的二重性,即存在不同平衡路径的交叉。分支点处对应的荷载称为临界荷载,当荷载小于临界荷载,压杆处于直线形式的平衡状态,是稳定的平衡状态。当荷载大于临界荷载,压杆将会表现出平衡的二重性,既可处于直线形式的平衡,也可处于弯曲形式的平衡。分支点平衡在数学处理上是求解特征值问题,其屈曲特征方程为:

式中:K为刚度矩阵;G(r)为荷载向量r作用下几何刚度;λ为特征值对角矩阵;ψ为特征向量矩阵。

由屈曲特征方程求解得到特征值和特征向量。特征值λ称为屈曲因子,屈曲荷载为屈曲因子乘以荷载向量r中的荷载。特征向量是结构某一屈曲模态。

极值点失稳是具有初曲率和偏心荷载的非理想体系。其特征是只存在一个平衡路径,并且平衡路径上出现极值点。

3.2 越层柱的计算长度确定及越层柱的稳定措施

3.3 越层柱线性屈曲分析

因该工程建筑入口处酒店大堂的使用功能要求,首层周边框架柱为两层通高,无支撑高度达11.4 m,均为钢骨混凝土柱,混凝土等级C60,钢材等级Q345B。选用SAP2000软件对首二层通高柱进行线弹性屈曲分析。分析屈曲工况(Buckling工况)是解决线性屈曲问题,主要针对的是第一类失稳(分支点失稳),在分析过程中不考虑结构的非线性属性。在二层顶位置,分别在周边框架柱施加1 k N重力方向的力进行屈曲稳定分析。经SAP2000分析,得到前4阶结构的屈曲模态(见图3)。

前4阶屈曲因子见表2。

而角柱的第一屈曲模态屈曲因子为3 876 500,临界荷载Pcr=3 876 500 k N,求得长度系数μ=0.506,在结构整体模型计算中,边柱与角柱的计算长度系数均取1,取值偏于安全。

小震弹性计算下,最先屈曲边柱所对应的最大轴力为45 083 k N,屈曲临界荷载为其38倍,最先屈曲角柱对应的轴力为51 776 k N,屈曲临界荷载为其75倍。因此,外框架越层柱不会发生屈曲失稳。

4 结语

通过对该超高层建筑整体稳定性和底部越层柱的稳定分析,在小震弹性阶段结构整体稳定性满足规范相关要求,整体稳定性具有一定的保障。尽管经过分析考虑重力二阶效应对结构的影响很小,从偏安全考虑该工程考虑重力二阶效应进行设计。对底部越层柱进行线性屈曲分析,得到边柱和角柱的长度系数分别为0.575和0.506,从偏安全考虑底层柱的计算长度系数均取1。针对底层越层柱,增大首层及二层的框架柱尺寸,越层柱和普通框架柱按内力较大者设计。同时,柱顶环向框架梁截面适当加大,加强对首层通高柱的柱顶侧向约束,有利于越层柱不易发生屈曲失稳,避免因结构发生局部破坏而导致结构大面积倒塌。

摘要：随着社会发展,建筑结构的形式日新月异,各种复杂结构不断出现。这就需要结构工程师对结构进行深入研究与分析,进而设计出既经济实用又安全的结构。对某超限高层建筑作了具体的结构分析,重点进行了结构的整体稳定性分析、局部越层柱线性屈曲分析。

关键词：超限高层结构,整体稳定性,越层柱,屈曲分析

参考文献

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[4]孙训方,关来泰.材料力学(Ⅰ)[M].第4版.北京:高等教育出版社,2001.

[5]傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2010.