论文部分内容阅读
摘要：从新中国成立到现在，我国对于钢铁工业的发展就是非常重视的，如今，钢结构已经成为大部分行业不可或缺的施工材料了，文章对讨钢结构的稳定性进行探讨，具有一定的借鉴意义。
关键词：钢结构;稳定性
一、前言
文章对钢结构稳定性的定义进行了介绍，对钢结构的稳定性进行分析，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对加强钢结构稳定性施工的质量控制措施进行了探讨。
二、钢结构稳定性的定义
1.强度与稳定的区别：稳定计算是在结构变形后的几何形状和位置上进行计算的。稳定主要是找出外部荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态，即变形开始急剧增长而需设法避免进入的状态，因此它是一个变形问题。强度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（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此它是一个应力问题。
2.钢结构失稳是一个过程，是一个整体行为，和构件刚度有关，和轴心拉力作用无关。即轴心拉杆不需要进行稳定计算，压弯杆需要进行稳定验算。失稳可分为分支点失稳、极值点失稳。
3.分支点失稳也是有平衡分岔的问题，完善直杆在轴心受压的失稳以及平板在中心面受压的失稳都归属于这一类。
4.极值点失稳也是没有平衡分岔的问题，由建筑钢材做成的偏心受压构件，当塑性发展到一定程度后的极值点失稳都归属于这一类。
三、钢结构的稳定性分析
1.稳定及失稳的含义
和稳定相关的问题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，之后设法防止进入该状态，所以从某种意义上讲，这属于一个变形问题。
失稳也被称为屈曲，是指钢结构或构件失去了整体的或局部的稳定性，一般在承载力极限状态范围之内。另外，若对构件或板件因受压、受弯或受剪等产生的受压区域处理不当，钢结构可能会出现整体失稳或局部失稳的现象。尽管钢结构在失稳前的变形量可能看起来微乎其微，但突然的失稳会使其因几何形状急剧变化而丧失抗压力，进而导致结构物整体塌落。。
2.研究钢结构稳定性的方法
（1）平衡法，亦即中性平衡法或静力平衡法，也就是根据已发生了微量变形后的钢结构的受力条件建立平衡微分方程，然后对其进行求解的方法，这是求解结构稳定极限荷载的最基本方法。在建立平衡微分方程时应满足下面五个基本假定：构件是等截面直杆，压力始终沿构件原来轴线产生作用，材料遵循胡克定律，构件满足平截面假定，构件的弯曲变形是微小的。行相应的分析，故平衡法在多数情况下较为常用。
（2）动力法，即对已处于平衡状态的结构体系加以细微干扰令其产生振动的方法，此时结构的变形和振动加速度都与已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限荷载值时，加速度方向与变形的方向相反，相应的若撤去干扰，运动则趋于静止，此时结构处于稳定的平衡状态;而当荷载大于稳定的极限荷载值时，加速度方向和变形的方向相同，此时就算去除干扰，运动依然发散，而此时结构的平衡状态不稳定。
（3）能量法，是求解承载力稳定性的一种近似方法，即通过能量守恒原理和势能驻值原理来求解临界荷载的方法。由小变形理论分析可得，能量法一般只能获得屈曲荷载的近似解;但若事先能了解屈曲后的变形形式，用这种方法进行计算便于得到精确解。另外，通常而言，用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理能够分析出屈曲后平衡的稳定性。
四、钢结构稳定研究存在的问题
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，稳定理论和设计方法需要不断的完善。近几十年来，在研究发挥钢结构稳定性能的潜力和完善稳定计算的理论方面，多内外都取得了长足的进步，但也存在一些不容忽视的问题：
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。
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.預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。
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曾对考虑随机参数的穹顶网壳的稳定问题进行过有益的研究。
五.加强钢结构稳定性施工的质量控制措施
1.正确选择轴心受压构件的截面类型
一般，钢结构的稳定设计多采用长度系数计算法，该法方便简单，但关键是如何确定构建的截面类型，从而根据构建的长细来确定稳定系数φ。《钢结构设计规范》中把轴心受压构件的截面分成a、b、c、d四类。设计人员应该明确截面的分类主要是几何缺陷和残余应力对不同截面影响程度不同，其中残余应力起主要作用。不同形状的截面会有不同的残余应力分布，相同形状的截面因成型的方法不同（轧制或焊接）和尺寸比例的不同也使残余应力有很大的不同。对于H形和工字型截面来说，腹板上的残余应力没有翼缘上的影响重要，设计人员应注意翼缘中的残余应力的分布特点和数值（尤其是残余压应力）。
2.要确保各种构件的稳定性能
设计结构的细部构造和构件的稳定计算相一致，使两者有很好的一致性。例如：按照简支梁计算其稳定性，就要求在细部构造上确保梁端不发生扭转。如果梁端支座不能有效地阻止扭转，则稳定性能将在一定程度上有所降低。
3.严格施工规范，减少杆件的失稳现象钢结构施工具有严格的规范和标准，因而，在进行钢结构施工过程中，严格遵守钢结构施工标准和各种质量控制规范，要结合工程的具体实际情况设置一些必要的支撑构件，如此可以更好的确保框架等的杆件不出现平面失稳现象。平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置相一致。通过这些措施可以更好的让钢结构施工过程中的各种杆件失稳现象很大程度的减少。4.提高施工人员综合素质，确保钢结构整体和局部施工的整体性由于钢结构的施工具有一定的特殊性，因而，对施工人员的综合素质有更为严格的要求，因而，在进行钢结构施工过程中，要确保整个钢结构的施工质量，必须不断加强对施工人员的素质提升，提高对各种钢结构施工机械的操作，加强对钢结构的施工安全管理和控制，确保整个钢结构施工的整体质量控制。结构整体布置须兼顾整个体系以及各组成部分的稳定性一求，目前，我国大部分钢结构是基于平面体系设计的，如桁架和框架都是如此。对此，需要从结构整体布置来解决，以保证平面结构不致出平面失稳，所以要针对性的设计必要的支撑构件。同时，必须保证平面结构构件的结构布置与平面稳定计算之间的一致性。
六、结束语
目前，对于钢结构稳定性的研究方法很多，随着研究的深化，钢结构问题性将会有更大程度的提升，在各行各业中发挥更大的作用，值得我们期待。
参考文献：
[1] 陈骥.钢结构稳定理论与设计[M].北京：科学出版社，2006.
[2] 刘斌.浅谈钢结构的稳定设计[J].科技促进发展，2009.
（作者身份证号码：320923198505212485）
关键词：钢结构;稳定性
一、前言
文章对钢结构稳定性的定义进行了介绍，对钢结构的稳定性进行分析，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对加强钢结构稳定性施工的质量控制措施进行了探讨。
二、钢结构稳定性的定义
1.强度与稳定的区别：稳定计算是在结构变形后的几何形状和位置上进行计算的。稳定主要是找出外部荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态，即变形开始急剧增长而需设法避免进入的状态，因此它是一个变形问题。强度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（或内力）是否超过建筑材料的极限强度，因此它是一个应力问题。
2.钢结构失稳是一个过程，是一个整体行为，和构件刚度有关，和轴心拉力作用无关。即轴心拉杆不需要进行稳定计算，压弯杆需要进行稳定验算。失稳可分为分支点失稳、极值点失稳。
3.分支点失稳也是有平衡分岔的问题，完善直杆在轴心受压的失稳以及平板在中心面受压的失稳都归属于这一类。
4.极值点失稳也是没有平衡分岔的问题，由建筑钢材做成的偏心受压构件，当塑性发展到一定程度后的极值点失稳都归属于这一类。
三、钢结构的稳定性分析
1.稳定及失稳的含义
和稳定相关的问题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，之后设法防止进入该状态，所以从某种意义上讲，这属于一个变形问题。
失稳也被称为屈曲，是指钢结构或构件失去了整体的或局部的稳定性，一般在承载力极限状态范围之内。另外，若对构件或板件因受压、受弯或受剪等产生的受压区域处理不当，钢结构可能会出现整体失稳或局部失稳的现象。尽管钢结构在失稳前的变形量可能看起来微乎其微，但突然的失稳会使其因几何形状急剧变化而丧失抗压力，进而导致结构物整体塌落。。
2.研究钢结构稳定性的方法
（1）平衡法，亦即中性平衡法或静力平衡法，也就是根据已发生了微量变形后的钢结构的受力条件建立平衡微分方程，然后对其进行求解的方法，这是求解结构稳定极限荷载的最基本方法。在建立平衡微分方程时应满足下面五个基本假定：构件是等截面直杆，压力始终沿构件原来轴线产生作用，材料遵循胡克定律，构件满足平截面假定，构件的弯曲变形是微小的。行相应的分析，故平衡法在多数情况下较为常用。
（2）动力法，即对已处于平衡状态的结构体系加以细微干扰令其产生振动的方法，此时结构的变形和振动加速度都与已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限荷载值时，加速度方向与变形的方向相反，相应的若撤去干扰，运动则趋于静止，此时结构处于稳定的平衡状态;而当荷载大于稳定的极限荷载值时，加速度方向和变形的方向相同，此时就算去除干扰，运动依然发散，而此时结构的平衡状态不稳定。
（3）能量法，是求解承载力稳定性的一种近似方法，即通过能量守恒原理和势能驻值原理来求解临界荷载的方法。由小变形理论分析可得，能量法一般只能获得屈曲荷载的近似解;但若事先能了解屈曲后的变形形式，用这种方法进行计算便于得到精确解。另外，通常而言，用总势能驻值原理可以求解屈曲荷载，而用总势能最小原理能够分析出屈曲后平衡的稳定性。
四、钢结构稳定研究存在的问题
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，稳定理论和设计方法需要不断的完善。近几十年来，在研究发挥钢结构稳定性能的潜力和完善稳定计算的理论方面，多内外都取得了长足的进步，但也存在一些不容忽视的问题：
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。
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.預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。
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曾对考虑随机参数的穹顶网壳的稳定问题进行过有益的研究。
五.加强钢结构稳定性施工的质量控制措施
1.正确选择轴心受压构件的截面类型
一般，钢结构的稳定设计多采用长度系数计算法，该法方便简单，但关键是如何确定构建的截面类型，从而根据构建的长细来确定稳定系数φ。《钢结构设计规范》中把轴心受压构件的截面分成a、b、c、d四类。设计人员应该明确截面的分类主要是几何缺陷和残余应力对不同截面影响程度不同，其中残余应力起主要作用。不同形状的截面会有不同的残余应力分布，相同形状的截面因成型的方法不同（轧制或焊接）和尺寸比例的不同也使残余应力有很大的不同。对于H形和工字型截面来说，腹板上的残余应力没有翼缘上的影响重要，设计人员应注意翼缘中的残余应力的分布特点和数值（尤其是残余压应力）。
2.要确保各种构件的稳定性能
设计结构的细部构造和构件的稳定计算相一致，使两者有很好的一致性。例如：按照简支梁计算其稳定性，就要求在细部构造上确保梁端不发生扭转。如果梁端支座不能有效地阻止扭转，则稳定性能将在一定程度上有所降低。
3.严格施工规范，减少杆件的失稳现象钢结构施工具有严格的规范和标准，因而，在进行钢结构施工过程中，严格遵守钢结构施工标准和各种质量控制规范，要结合工程的具体实际情况设置一些必要的支撑构件，如此可以更好的确保框架等的杆件不出现平面失稳现象。平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置相一致。通过这些措施可以更好的让钢结构施工过程中的各种杆件失稳现象很大程度的减少。4.提高施工人员综合素质，确保钢结构整体和局部施工的整体性由于钢结构的施工具有一定的特殊性，因而，对施工人员的综合素质有更为严格的要求，因而，在进行钢结构施工过程中，要确保整个钢结构的施工质量，必须不断加强对施工人员的素质提升，提高对各种钢结构施工机械的操作，加强对钢结构的施工安全管理和控制，确保整个钢结构施工的整体质量控制。结构整体布置须兼顾整个体系以及各组成部分的稳定性一求，目前，我国大部分钢结构是基于平面体系设计的，如桁架和框架都是如此。对此，需要从结构整体布置来解决，以保证平面结构不致出平面失稳，所以要针对性的设计必要的支撑构件。同时，必须保证平面结构构件的结构布置与平面稳定计算之间的一致性。
六、结束语
目前，对于钢结构稳定性的研究方法很多，随着研究的深化，钢结构问题性将会有更大程度的提升，在各行各业中发挥更大的作用，值得我们期待。
参考文献：
[1] 陈骥.钢结构稳定理论与设计[M].北京：科学出版社，2006.
[2] 刘斌.浅谈钢结构的稳定设计[J].科技促进发展，2009.
（作者身份证号码：320923198505212485）