钢结构设计中稳定问题的探讨

   摘要：随着钢结构产业的发展，钢结构的稳定问题显得尤为重要，本文从钢结构稳定的
基本概念、计算方法及存在的问题三方面进行说明，探讨钢结构的稳定性问题。

 

　　关键词：钢结构；稳定；失稳；截面；弹性稳定

 

　　

 

　　一、钢结构稳定设计的基本概念

 

　　

1、强度与稳定的区别与联系： 

　　对结构构件，强度计算是基本要求，但是对钢结构构件，稳定计算比强度计算更为重
要。强度问题与稳定问题虽然均属第一极限状态问题，但两者之间概念不同。强度问题关注
在结构构件截面上产生的最大内力或最大应力是否达到该截面的承载力或材料的强度，因
此，强度问题是应力问题；而稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的不稳定平衡
状态，即变形开始急剧增长的状态，属于变形问题。

 

　　

2、钢结构失稳的分类 

　　多年来人们一直把钢结构的稳定问题分为两类：

 

　　（

1）第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）。 

　　（

2）第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。 

　　随着稳定问题研究的逐步深入，人们开始研究构件屈曲后的性能：弹性稳定可以分为
以下三类：

 

　　（

1）稳定分岔屈曲。结构在达到临界状态时，从未屈曲的平衡位形过渡到无限邻近的

屈曲平衡位形，即由直杆出现微弯，此后变形的进一步增大，要求荷载增加，直杆轴心受
压和平板在中面受压，都属于这种情况。

 

　　（

2）不稳定分岔屈曲。结构屈曲后只能在比临界荷载低的荷载下才能维持平衡位形。属

于这种情况的有承受轴向荷载的圆柱壳和承受均匀外压力的全球壳，薄壁型钢方管压杆也
在一定条件下表现出类似特性。

 

　　（

3）跃越屈曲。这种屈曲的特点：结构由一个平衡位形突然跳到另一个平衡位形，其

间出现很大的变形，属于这种情况的有铰接坦拱和油罐的扁球壳项盖。

 

　　区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。实际上
这些失稳情况并不是完全独立的，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，我们要真正掌握各种构件的性能，就必须了解缺陷对它
的影响。另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。

 

　　

 3、钢结构稳定设计的原则 

　　

(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，而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)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图必须相一致，这对钢结构的稳定计算十

分重要。简图不同，往往计算结果相差悬殊，我们必须确保计算简图的准确性，严格按照简
化原则进行简化，否则将有可能造成失稳事故。

 

　　

(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。当涉及稳

定性能时，我们要特别注意构造上不同于强度的要求或特殊考虑。

 

　　

4、钢结构稳定设计特点 

　　（

1）稳定问题采用二阶分析。以未变形的结构来分析它的平衡，不考虑变形对作用效

应的影响称为一阶分析；针对已变形的结构来分析它的平衡，则是二阶分析。应力问题通常
采用一阶分析，也称线性分析；稳定问题原则上均采用二阶分析，也称几何非线性分析。

 

　　（

2）不能应用叠加原理。应用叠加原理应用两个条件：1）材料符合虎克定律；2）结