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1、 浅谈构件的第二极限状态【摘 要】结构及构件的整体，局部稳定性设计是按照满足第一极限状态承载能力极限状态的要求进行计算的。现在浅谈一下第二极限状态稳定。现今的稳定性理论在诸多方面都还处于发展，研究阶段。但对于钢结构设计而言，稳定性设计在结构的安全性，耐久性等方面有着重要的影响。钢结构及其梁、柱、板件的承载能力在很大程度上取决于它们的稳定性。因此，充分理解结构稳定性的力学本质和掌握结构稳定设计方法，对做好钢结构设计至关重要。本文就稳定性的设计计算中涉及到的相关问题进行进一步的分析。【关键字】承载能力极限；整体稳定性；局部稳定性1 引言进行工程结构涉及，需要考察其强度条件、刚度条件、稳定性条件等是
2、否满足。钢材具有高强、质轻、力学性能良好的优点，是工程结构的一种极好的建筑材料。在钢结构工程设计中，其稳定问题与强度问题同样重要。其原因在于钢材的强度高用它制造的结构构件质轻、形长而壁薄，因而它们在压（应）力或剪（应）力作用下就有可能失稳。在钢结构的可能破坏形式中，属于失稳破坏的形式包括：结构和构件的整体失稳；结构和构件的局部失稳。当结构在荷载作用下失稳时，如果结构的大部分区域或者几乎整个结构偏离初始平衡位置儿发生大的几何变形或变位，这样的屈曲失稳现象称为结构的整体失稳。当结构在荷载作用下失稳时，如果结构中偏离初始平衡位置的失稳变形仅限于结构的某个或某些局部区域，而其他区域几乎未发生偏离初始平
3、衡位置的变形，也就是说结构的几何外形总体上未发生明显的变化，这样的屈曲失稳现象称为结构的局部失稳。2 构件稳定性分析2.1 稳定性研究取得的进展结构稳定性的传统力学理论以弹性结构的后屈曲平衡状态为对象，在经典线性稳定理论的基础上，分析弹性保守系统的平衡稳定性。近代结构稳定性理论是由研究轴压圆柱薄壳的失稳现象发展起来的，大约可分为三个阶段：即donnell-karman-钱学森非线性大变形理论、stein非线性前屈曲一致理论、koiter-thompson-hunt初始后屈曲理论。这些理论丰富和完善了结构稳定的基础理论。随着数值计算方法的成熟应用，人们可以准确获得结构的变形和构件的内力，进行构件
4、的设计演算。但关于结构整体稳定的计算方法、结构局部稳定与整体稳定的关系、整体失稳的判定准则，国内外均经历了一个曲折的研究发展过程。随着计算机技术的日益发展和广泛应用，数值计算技术同时得到迅速发展，其中工程上应用最广、最具代表的有限元理论迅速兴起。国内外学者和工程师在结构大位移几何非线性理论、结构整体稳定性理论、非线性平衡方程求解技术、结构非线性平衡路径的跟踪技术、结构临界点的搜索与确定、大跨度钢结构整体稳定极限承载力的评定等方面，进行了大量的研究并取得了众多研究成果，很多研究成果已被通用的有限元软件采用。目前，非线性有限元理论已成为结构整体稳定性计算的主要方法和工具。2.2 稳定性研究遇到的问
5、题钢结构自应用以来，稳定性问题一直是结构设计的主要问题或控制因素。迄今为止，人们对钢结构稳定性的研究成果主要集中在关于钢结构基本构件的理论与试验研究。各种构件的稳定性分析理论和数值计算方法已成为现行国家设计规范的基础。然而，关于一个钢结构工程系统的整体稳定性分析方法与判定准则的理论与试验研究，目前虽然已有很多成果，但还不完善，尚缺乏成熟的分析理论和设计方法可应用于实际工程设计和规范的修订。另外钢结构体系的稳定性研究中也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
6、。2.3 稳定性影响因数钢结构设计中，影响结构，构件稳定性的因数主要包括内因和外因。其中外因主要是来自外部的荷载及作用，如结构或构件承受的直接荷载，间接荷载以及温度作用，沉陷作用。这类作用对于结构或构件是固有的，几乎是必须直接考虑而不能做任何改变的。对于内部的影响因数，从经验及设计公式中， 可以得出结构或构件的稳定性还受自身的截面类型，构件的长细比以及构件自身的物理性质有关，例如弹性模量，截面尺寸，内部的缺陷等等。2.4 提高结构，构件的整体稳定性和局部稳定性2.4.1 增强轴心受压构件稳定性措施增强轴心受压构件整体稳定措施加强实腹式轴心受压构件的整体稳定性应该从设计入手。首先，不宜将杆件的计
7、算长度设计过长。其次，可以在构件中部设置侧向支承，减小构件的计算长度，调高构件的稳定性。另外，对于组合截面，例如工字形截面轴心受压构件，应尽可能将截面形状设计得开展一些，选用宽薄的板件，以期获得较大的回转半径，减小长细比。最后，还可以通过两个轴的等稳定性设计，即使，使构件的控制稳定能力得到提高，这样既可以满足稳定性，有经济合理。增强轴心受压构件局部稳定性措施设计时所选截面如不满足规定，一般应调整板件厚度或宽度使其满足要求。对工字形和箱型截面的腹板也可采用设置纵向加劲肋的方法予以加强，以较小板幅的宽度，缩减腹板计算高度。纵向加劲肋宜在腹板两侧成对配置，其一侧外伸宽度不应小于10，厚度不应小于。纵
8、向加劲肋通常在横向加劲肋之间设置，横向加劲肋的尺寸要求同受弯构件腹板横向加劲肋。所不同的是横向加劲肋间距可放宽到不超过3。另一种方法是允许腹板中间部分屈曲，而在计算构件的强度和稳定性时，仅考虑腹板计算高度边缘范围内两侧各位的部分作为有效截面。在计算构件整体稳定系数时仍用全部截面。若采用小截面验算构件的强度和整体稳定性满足要求，则不再验算腹板的局部稳定。2.4.2 增强受弯构件稳定措施增强受弯构件整体稳定措施（1）提高梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度和抗翘曲刚度。而材料的弹性模量，剪切模量很难改变，主要是增大、，即增大翼缘宽度分散截面。（2）减小梁的跨度。（3）横向荷载在截面上的作用位置对临界弯矩有影
9、响，一般通过提高值来增强梁的整体稳定。（4）增大梁支承对位移的约束。增强受弯构件局部稳定措施对翼缘的拒不稳定，通常是采用限制翼缘板得宽厚比来保证的，对于腹板的局部稳定，可采用厚度较大的板做腹板，也可采用较薄的板做腹板并在腹板上设置加劲肋。2.4.3 增强压弯拉弯构件的稳定措施增强压弯构件的整体稳定（1）增大轴心受压的稳定系数，从而需要减小构件的长细比即减小计算长度，增大截面回转半径。（2）增大弯矩作用平面内受压纤维毛截面模量，是截面开展。（3）减小压弯构件的计算长度，从而使截面的最大弯矩减小，提高整体稳定性。增强压弯构件的局部稳定由于压弯构件翼缘的受力情况与受弯构件翼缘的受力情况相同，其临界应
10、力计算相同，因此其改善局部稳定的措施也基本相同。对于腹板也主要是通过设置纵向加劲肋来加强其局部稳定性。3 结束语在我国，钢结构应用越来越广泛，但因此而出现的失稳事故也不断增多，这也主要是因为对钢结构稳定性设计和使用不当造成的，其也反映了我国现行的钢结构设计规范相对于实际钢结构工程应用落后。本文就稳定性问题进行了相应的总结、分析。以提高对整体，局部稳定性的理解和掌握。充分认识到在钢结构设计中，稳定性设计的重要性，同时总结了一些提高、改善稳定性的措施。但也对一些问题也存在一些疑惑，比如钢结构设计中弯扭作用下的设计公式，结构在动荷载作用下的稳定性研究。希望接下来多了解这方面的研究发展情况。参考文献：1罗永峰，韩庆华，李海旺.建筑钢结构稳定理论与应用.北京：人民交通出版社，2010.2李帼昌，张曰果，杨华.钢结构设计问答实录.北京：机械工业出版社，2008.3郭耀杰.钢结构稳定设计.武汉：武汉大学出版社，2003.4戴国欣.钢结构.武汉：武汉理工大学出版社，2008.
