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稳定理论和钢结构设计相结合资讯-【资讯】

发布时间:2021-09-20 12:27:13 阅读: 来源:二氧化氯发生器厂家

上世纪70年代初我有幸参与我国钢结构设计规范的编制工作,从而开始和稳定理论与稳定设计打交道。此后,规范两次修订和高层钢结构及门式刚架两本规程的编制,我也都躬逢其盛,参与有关稳定课题的研究和条文的拟订。与此同时,70年代来高校开始招收硕士研究生,我和教研室的同志合开钢结构稳定理论课程。80年代招收博士研究生,我又讲授高等结构稳定理论课程。开新课是一个边学边授的过程,为此阅读大量有关稳定分析的论文。理论方面的充电,为解决实际问题提供了条件。回顾三十年学习、授课、研究和从事规范、规程工作的历程,对稳定理论如何溶入钢结构设计,使之密切结合,有一些肤浅体会,借此机会就教于广大同行。

1.树立完整正确的结构稳定概念

防止失稳是钢结构设计的重要任务。设计规范中有关构件计算的条款大多和稳定问题有关。但是仅仅遵守这些条款并不能够保证结构不致失稳,因为规范只涉及最基本的问题,覆盖面不够广。况且对条款的依据缺乏了解者还有可能误用规范,造成差错。树立正确而完整的稳定分析和稳定设计的概念,对设计工作者至关重要。

首先要明确区分强度和稳定的不同性质。tj17-74规范压杆稳定计算的公式是:

(1)这一表达式反映我们当时对压杆失稳的性质在概念上含混不清,因为n/a并不是应力,不应该用来表示。gbj17-88规范纠正了这一错误,删去了。但是,如果不仔细体会,只看到公式中的n和a,还可能误认为稳定计算和强度计算一样,是针对杆件某一个截面的验算。

实际上强度计算是一个截面承载力的验算,即应力问题,而稳定计算则是整个杆件的承载力验算。只要从系数由杆件长细比决定,就可以理解。如果杆件是桁架或框架的组成部分,则长细比涉及所计算杆和相邻杆的关系,包括后者的受力情况,也就是涉及到了整个结构。为了使初学者一开始就认清稳定问题的实质,我们在新版钢结构教材中不再按构件分章,而是按极限状态分章。截面承载能力(强度)、单个构件承载能力(稳定性)和整体结构中的压杆和压弯构件,分别列为三章,后一章解决构件的计算长度和整体结构的渊源关系。

第二个概念是:失稳是压力使构件(或结构)刚度下降的结果。当刚度下降为零,构件(或结构)就达到临界状态。试想一根有初弯曲的杆,杆轴的曲线由 表达。在杆两端施加轴压力n后,平衡方程为解之,可得杆中央总挠度为

式中 ne—欧拉临界力,ne=2ei/l2。

当n力达到ne时,挠度将无限增大,表示刚度退化为零,杆件无法保持稳定的平衡。经典力学中失稳的定义是杆件受到外界干扰而偏离平衡位置,在干扰消失后不能恢复原状,甚至持续偏离。干扰究竟是什么,颇有点耐人寻味。在现实结构中,总是存在初弯曲和初偏心等几何缺陷。是否可以理解几何缺陷就是对完善直杆的干扰,不过这些干扰不会消失罢了。压力使杆件刚度下降(弯曲刚度、扭转刚度)是一个重要概念,忽视这一刚度就会造成差错。

rflüger指出稳定分析和内力分析有以下不同特点[1]:

(1) 稳定问题必须采用二阶分析来代替一阶分析,即不能忽视变形对外力效应的影响;

(2) 叠加原理不适用于稳定分析,因为分析中存在着几何非线性;

(3)静定和超静定结构的区分在稳定分析中没有意义,因为静定结构的稳定分析也涉及到变形问题。这三条区别对于认识稳定问题的本质很有帮助,为此把它写入研究生教材[2]中。

在从事教学和规范、规程工作中感到,仅仅认识稳定分析的特点,对设计工作者还不够,还需要掌握稳定设计的基本特点,或者说三个基本概念[3],即:

(1)结构计算简图和实用计算方法(包括规范给出的方法)所依据的简图应该相一致;

(2)结构稳定计算和结构布置方案相符合;

(3) 结构稳定计算和结构构造设计相符合。

这三点说起来很平常,好像事情本应如此,但是结构设计中违反这三点的事还是很容易发生的 ,因此需要加以强调。

前面已经提到,现实的钢结构构件和稳定理论中理想化的完善杆是有区别的,那就是存在不同性质和不同程度的缺陷。杆件的初弯曲是最常见的几何缺陷,这在确定压杆的?系数时已经有所考虑。对框架结构来说,柱的初始倾斜是颇有影响的几何缺陷。gb50017以假想水平力的方式对此加以考虑。残余应力是影响构件稳定的力学缺陷,gbj17-88规范把压杆截面划分为三类,是基于残余应力的大小和分布情况确定的,gb50017规范新增d类截面,也是如此。

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