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[摘 要] 丧失稳定一直是钢结构破坏的主要原因之一，本文陈述了对钢结构稳定概念的一些理解，并且总结了钢结构稳定计算的原则和特点。
[关键词] 钢结构 稳定 荷载
1.前言
钢结构的稳定性问题普遍存在于钢结构的设计中，丧失稳定一直是钢结构破坏的原因之一，凡是结构的受压部位在设计时都必须认真考虑其结构的稳定性。笼统来说，钢结构的失稳就是，当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构的平衡位形(configuration)将发生很大的改变，这种情况叫做结构失稳或屈曲。 应该看到，当失稳发生时，都伴随着突发的位移或变形，或是在荷载不变的情况下变形急剧增加。所以稳定就是结构保持原有平衡状态的能力，即结构失去在原有平衡状态下继续承载的能力。
在稳定分析中，常将构件作如下简化，即：
①具有指定的理想几何形状，而且无任何缺陷。
②荷载按指定的位置、方向和分布规律施加，而无任何偏离。
③材料是均匀而且各向同性的。
2.构件稳定性设计准则
针对在不同条件下轴心受压构件存在着性能上的差异，钢结构设计规范对于这种构件的稳定计算有以下三种准则：
①以分岔屈曲荷载为准则
在弹性阶段用欧拉荷载，在弹塑性阶段用切线模量屈曲荷载作为计算轴心受压构件的依据。
②以截面边缘纤维屈服为准则
这种计算方法不计残余应力的影响，以构件在轴线压力和初弯曲产生的二阶弯矩的共同作用下，其中央截面的边缘纤维开始屈服的荷载作为稳定计算的准则。
③以构件的极限荷载为准则
实际一般构件都属于极值点失稳，失稳发生在弹塑性阶段，以构件所能承受的极限荷载为计算准则。
3.稳定问题的计算方法
稳定计算所给出的，不论是屈曲荷载还是极限荷载都标志着所计算构件或结构的稳定承载力，通常稳定问题的计算方法有以下三种：
①平衡法
中性平衡法是求解结构稳定极限荷载的最基本的方法。建立构件在微曲状态下，屈曲位移与荷载之间的微分方程，求解在满足边界条件下的临界荷载值。平衡法只能求解屈曲荷载，不能判断结构平衡状态的稳定性，在许多情况下，采用平衡法可以获得精确解。
②能量法
如果结构承受了保守力，可以根据有了变形的结构的受力条件建立总的势能，根据势能驻值原理，总势能对于位移的一阶变分为零，可以得到平衡方程，并求解得到分岔屈曲荷载。能量法一般只能获得屈曲荷载的近似解。
③动力法
处于平衡状态的结构体系，如果施加微小干扰使其发生振动，这是结构的变形和振动加速度都和作用在结构上的荷载有关，可由结构动力学方面的知识求解得到临界状态的荷载即为结构的屈曲荷载。
4.穩定计算的特点
4.1 失稳和整体刚度
规范GB50017—2003中关于轴心压杆的稳定计算是临界压力求解法和折减系数法。临界压力是由著名的欧拉公式给出的：
（1）
公式右端不仅有材料特性E和截面特性I，还有杆的长度L，它表明轴心受压的杆件，压力使杆件的弯曲刚度下降，而当压力达到临界值PE时，杆件的弯曲刚度就消失。
实际施工的杆件，其轴线并不是理论直线，而具有微小弯曲。如图1所示在它承受逐渐加大的压力P过程中，随着P的增大，杆件的挠度也逐渐增大。假设初始弯屈的形状为正弦曲线的半波，则初始挠度按图示坐标系为，则其平衡方程式为：
（2）
解之，得杆中央的总挠度为：
（3）
式中当P=PE时，最大挠度趋向于无穷大，与v0值无关，说明处于这种状态的构件已经丧失了抗弯能力，达到了稳定的临界状态。这就意味着杆件的刚度在临界力的状态下退化为零，杆件无法保持自稳，这一结论可以推广到复合杆件及框架体系。
4.2 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。
4.3 稳定计算的其他特点
结构的稳定问题还在以下几个方面不同预应力问题的解算:
①考虑变形对外力效应的影响，即稳定问题需要进行二阶分析。这种分析对柔性构件尤为重要，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。
②静定和超静定结构的区分失去意义。在稳定计算中，总要涉及变形，静定和超静定的区分就失去了意义，不同的只是所列方程的边界条件有所不同。
③普遍用于应力问题的叠加原理不适用。在弹性稳定计算中不能应用，这是因为叠加原理的应用应以满足以下条件为前提：
第一：材料服从胡克定律，即应力与应变成正比；
第二：结构的变形很小。
而弹性稳定计算均不能满足第二个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。
5.稳定设计的几项原则
在钢结构设计中，为了保证结构不丧失稳定，应该注意以下几点原则：
①结构整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求。
②杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或典型情况得出的，设计者必须确知所涉及的结构符合这些假设时才能正确使用。
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。
6.结论
钢结构的稳定性能是决定其承载力的一个特别重要的因素，只有了解并掌握了钢结构稳定计算的特点及原则，才能正确更加深入理解钢结构稳定方面的其他知识，以便以后设计之所需。
参考文献：
[1]陈骥，钢结构稳定理论与设计，科学出版社.
[2]陈绍藩，钢结构设计原理，科学出版社.
[3]饶芝英，童根树，钢结构稳定性的新诠释，建筑结构，2002.5.
[关键词] 钢结构 稳定 荷载
1.前言
钢结构的稳定性问题普遍存在于钢结构的设计中，丧失稳定一直是钢结构破坏的原因之一，凡是结构的受压部位在设计时都必须认真考虑其结构的稳定性。笼统来说，钢结构的失稳就是，当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构的平衡位形(configuration)将发生很大的改变，这种情况叫做结构失稳或屈曲。 应该看到，当失稳发生时，都伴随着突发的位移或变形，或是在荷载不变的情况下变形急剧增加。所以稳定就是结构保持原有平衡状态的能力，即结构失去在原有平衡状态下继续承载的能力。
在稳定分析中，常将构件作如下简化，即：
①具有指定的理想几何形状，而且无任何缺陷。
②荷载按指定的位置、方向和分布规律施加，而无任何偏离。
③材料是均匀而且各向同性的。
2.构件稳定性设计准则
针对在不同条件下轴心受压构件存在着性能上的差异，钢结构设计规范对于这种构件的稳定计算有以下三种准则：
①以分岔屈曲荷载为准则
在弹性阶段用欧拉荷载，在弹塑性阶段用切线模量屈曲荷载作为计算轴心受压构件的依据。
②以截面边缘纤维屈服为准则
这种计算方法不计残余应力的影响，以构件在轴线压力和初弯曲产生的二阶弯矩的共同作用下，其中央截面的边缘纤维开始屈服的荷载作为稳定计算的准则。
③以构件的极限荷载为准则
实际一般构件都属于极值点失稳，失稳发生在弹塑性阶段，以构件所能承受的极限荷载为计算准则。
3.稳定问题的计算方法
稳定计算所给出的，不论是屈曲荷载还是极限荷载都标志着所计算构件或结构的稳定承载力，通常稳定问题的计算方法有以下三种：
①平衡法
中性平衡法是求解结构稳定极限荷载的最基本的方法。建立构件在微曲状态下，屈曲位移与荷载之间的微分方程，求解在满足边界条件下的临界荷载值。平衡法只能求解屈曲荷载，不能判断结构平衡状态的稳定性，在许多情况下，采用平衡法可以获得精确解。
②能量法
如果结构承受了保守力，可以根据有了变形的结构的受力条件建立总的势能，根据势能驻值原理，总势能对于位移的一阶变分为零，可以得到平衡方程，并求解得到分岔屈曲荷载。能量法一般只能获得屈曲荷载的近似解。
③动力法
处于平衡状态的结构体系，如果施加微小干扰使其发生振动，这是结构的变形和振动加速度都和作用在结构上的荷载有关，可由结构动力学方面的知识求解得到临界状态的荷载即为结构的屈曲荷载。
4.穩定计算的特点
4.1 失稳和整体刚度
规范GB50017—2003中关于轴心压杆的稳定计算是临界压力求解法和折减系数法。临界压力是由著名的欧拉公式给出的：
（1）
公式右端不仅有材料特性E和截面特性I，还有杆的长度L，它表明轴心受压的杆件，压力使杆件的弯曲刚度下降，而当压力达到临界值PE时，杆件的弯曲刚度就消失。
实际施工的杆件，其轴线并不是理论直线，而具有微小弯曲。如图1所示在它承受逐渐加大的压力P过程中，随着P的增大，杆件的挠度也逐渐增大。假设初始弯屈的形状为正弦曲线的半波，则初始挠度按图示坐标系为，则其平衡方程式为：
（2）
解之，得杆中央的总挠度为：
（3）
式中当P=PE时，最大挠度趋向于无穷大，与v0值无关，说明处于这种状态的构件已经丧失了抗弯能力，达到了稳定的临界状态。这就意味着杆件的刚度在临界力的状态下退化为零，杆件无法保持自稳，这一结论可以推广到复合杆件及框架体系。
4.2 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。
4.3 稳定计算的其他特点
结构的稳定问题还在以下几个方面不同预应力问题的解算:
①考虑变形对外力效应的影响，即稳定问题需要进行二阶分析。这种分析对柔性构件尤为重要，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。
②静定和超静定结构的区分失去意义。在稳定计算中，总要涉及变形，静定和超静定的区分就失去了意义，不同的只是所列方程的边界条件有所不同。
③普遍用于应力问题的叠加原理不适用。在弹性稳定计算中不能应用，这是因为叠加原理的应用应以满足以下条件为前提：
第一：材料服从胡克定律，即应力与应变成正比；
第二：结构的变形很小。
而弹性稳定计算均不能满足第二个条件，非弹性稳定计算则两个前提都不符合。
5.稳定设计的几项原则
在钢结构设计中，为了保证结构不丧失稳定，应该注意以下几点原则：
①结构整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求。
②杆件稳定计算的常用方法，往往是依据一定的简化假设或典型情况得出的，设计者必须确知所涉及的结构符合这些假设时才能正确使用。
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。
6.结论
钢结构的稳定性能是决定其承载力的一个特别重要的因素，只有了解并掌握了钢结构稳定计算的特点及原则，才能正确更加深入理解钢结构稳定方面的其他知识，以便以后设计之所需。
参考文献：
[1]陈骥，钢结构稳定理论与设计，科学出版社.
[2]陈绍藩，钢结构设计原理，科学出版社.
[3]饶芝英，童根树，钢结构稳定性的新诠释，建筑结构，2002.5.