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1、署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算16 结构的稳定计算结构的稳定计算通拍酸蚕牟玉挑锅霸贫徽焕洼惦涵比卡昭巴褐去毗顺团嘉颊啡幢铣嗓呕古结构的稳定计算结构的稳定计算1署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算16.1 16.1 两类稳定问题概述两类稳定问题概述 结构中的某些受压杆件，结构中的某些受压杆件，结构中的某些受压杆件，结构中的某些受压杆件，当荷载逐渐增大时，除当荷载逐渐增大时，除当荷载逐渐增大时，除当荷载逐渐增大时，除了可能发生强度破坏外，了可能发生强度破坏外，了可能发生强度破坏外，
2、了可能发生强度破坏外，还可能在材料抗力未得还可能在材料抗力未得还可能在材料抗力未得还可能在材料抗力未得到充分发挥之前就因变到充分发挥之前就因变到充分发挥之前就因变到充分发挥之前就因变形的迅速发展而丧失承形的迅速发展而丧失承形的迅速发展而丧失承形的迅速发展而丧失承载能力，这种现象称载能力，这种现象称载能力，这种现象称载能力，这种现象称失失失失稳破坏稳破坏稳破坏稳破坏，其相应的荷载，其相应的荷载，其相应的荷载，其相应的荷载称为结构的称为结构的称为结构的称为结构的临界荷载临界荷载临界荷载临界荷载。压杆的实际承载能力应压杆的实际承载能力应压杆的实际承载能力应压杆的实际承载能力应为上述两种平衡荷载中为上
3、述两种平衡荷载中为上述两种平衡荷载中为上述两种平衡荷载中的最小者。的最小者。的最小者。的最小者。神厕兴蕉脑菠霍煎矣螟雾矽投呆卫纸算辨但铸撕攫簿函坛怪涛宽倡宰剿卤结构的稳定计算结构的稳定计算2署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算所谓结构的稳定性是指它所处的平衡状态的稳定性。所谓结构的稳定性是指它所处的平衡状态的稳定性。球在三个位置都能球在三个位置都能处于平衡，但受到处于平衡，但受到干扰后表现不同：干扰后表现不同：如小球受到干如小球受到干扰后仍能恢复扰后仍能恢复到原先的平衡到原先的平衡位置，则称该位置，则称该状态为状态为稳定平衡稳定平衡如小球
4、受到干如小球受到干扰后失去回到扰后失去回到原先的平衡位原先的平衡位置的可能性，置的可能性，则称该状态为则称该状态为不稳定平衡不稳定平衡如小球受到干如小球受到干扰后可停留在扰后可停留在任何偏移后的任何偏移后的新位置上，则新位置上，则称该状态为称该状态为随遇平衡随遇平衡窑薯宽阜羹纠泽橇轮轮感磁碑肚牛烩啤豌梦礼碘素阉辅质陵臻奥栈畏身瞬结构的稳定计算结构的稳定计算3署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算结构随荷载逐渐增大可能由稳定的平衡状态转变为不结构随荷载逐渐增大可能由稳定的平衡状态转变为不稳定的平衡状态，称为稳定的平衡状态，称为失稳失稳。保证结
5、构在正常使用的。保证结构在正常使用的情况下处于稳定平衡状态是结构稳定分析的目的。情况下处于稳定平衡状态是结构稳定分析的目的。结构的失稳类型结构的失稳类型第一类失稳第一类失稳第一类失稳第一类失稳（分支点失稳）（分支点失稳）（分支点失稳）（分支点失稳）第二类失稳第二类失稳第二类失稳第二类失稳（极值点失稳）（极值点失稳）（极值点失稳）（极值点失稳）锑西厄尹第烈幸咆炸莲菩戊茁铣滩缚跋颖思诈仆删轿牌筒贾矩却渣臻赤蝴结构的稳定计算结构的稳定计算4署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算FPOFPl第一类失稳的基本特征第一类失稳的基本特征 FPcrI 稳定
6、定II 不不稳定定FP FPcr时，杆件仅产生压时，杆件仅产生压缩变形。轻微侧扰，杆件微缩变形。轻微侧扰，杆件微弯；干扰撤消，状态复原弯；干扰撤消，状态复原（平衡路径唯一）。（平衡路径唯一）。FP FPcr时，杆件既可保持时，杆件既可保持原始的直线平衡状态，又可原始的直线平衡状态，又可进入弯曲平衡状态（平衡路进入弯曲平衡状态（平衡路径不唯一）。径不唯一）。完善体系完善体系结构失稳前后平衡状态所对应的变形性质发生改变，分支结构失稳前后平衡状态所对应的变形性质发生改变，分支点处平衡形式具有两重性，分支点处的荷载即为临界荷载，点处平衡形式具有两重性，分支点处的荷载即为临界荷载，称分支点失稳。称分支点
7、失稳。 杰映欧欺颧捍锅久巾根附宋黔柴响花科饲僧院揖朝皿哦艇群拙悉峙惹垛鸯结构的稳定计算结构的稳定计算5署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算发生第一类失稳的还有：发生第一类失稳的还有：FPFP他们的共同特点是从加载到失稳过他们的共同特点是从加载到失稳过他们的共同特点是从加载到失稳过他们的共同特点是从加载到失稳过程中结构变形的性质发生突变，产程中结构变形的性质发生突变，产程中结构变形的性质发生突变，产程中结构变形的性质发生突变，产生了两种性质截然不同平衡路径。生了两种性质截然不同平衡路径。生了两种性质截然不同平衡路径。生了两种性质截然不同平衡
8、路径。阔木陕暂堵弄宜卵涯乱虞杖余恒警磅膏远值闻哼愧惭剿娜浙稿抽丢聋吵弧结构的稳定计算结构的稳定计算6署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算l第二类失稳的基本特征第二类失稳的基本特征FPFPOFPcr初始缺陷使得开始加载杆件初始缺陷使得开始加载杆件便处于微弯状态，挠度引起便处于微弯状态，挠度引起附加弯矩。随荷载增加侧移附加弯矩。随荷载增加侧移和荷载呈非线性变化，且增和荷载呈非线性变化，且增长速度越来越快。荷载达到长速度越来越快。荷载达到一定数值后，增量荷载作用一定数值后，增量荷载作用下的变形引起的截面弯矩的下的变形引起的截面弯矩的增量将无法再
9、与外力矩增量增量将无法再与外力矩增量相平衡，杆件便丧失原承载相平衡，杆件便丧失原承载能力。能力。 非完善体系非完善体系是结构由于初始缺陷的存在，荷载与位移间呈非线性变化。是结构由于初始缺陷的存在，荷载与位移间呈非线性变化。是结构由于初始缺陷的存在，荷载与位移间呈非线性变化。是结构由于初始缺陷的存在，荷载与位移间呈非线性变化。失稳前后变形性质没有变化，力失稳前后变形性质没有变化，力失稳前后变形性质没有变化，力失稳前后变形性质没有变化，力- - - -位移关系曲线存在极值点，位移关系曲线存在极值点，位移关系曲线存在极值点，位移关系曲线存在极值点，该点对应的荷载即为临界荷载，称极值点失稳。该点对应的
10、荷载即为临界荷载，称极值点失稳。该点对应的荷载即为临界荷载，称极值点失稳。该点对应的荷载即为临界荷载，称极值点失稳。 氰街抑晴葡刮瞒由蛀吨茨堑级剩改史斜菇肘辑峭暗辊颈雇让霍车冬观宰瞥结构的稳定计算结构的稳定计算7署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算他们的共同特点是从加载到失稳过程中结构变形的他们的共同特点是从加载到失稳过程中结构变形的他们的共同特点是从加载到失稳过程中结构变形的他们的共同特点是从加载到失稳过程中结构变形的性质不发生突变，而是平衡路径产生了极值点。性质不发生突变，而是平衡路径产生了极值点。性质不发生突变，而是平衡路径产生了极
11、值点。性质不发生突变，而是平衡路径产生了极值点。发生第二类失稳的情况发生第二类失稳的情况发生第二类失稳的情况发生第二类失稳的情况：FPFPqFPFP选撕首潞胜棕磕灼椅襄渭主矗叼锣涪皂慷辅棉傲谭运鸯殿问项猎辫遁纶旋结构的稳定计算结构的稳定计算8署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算当荷载、变形达到一定程度时，可能从凸形受压的结构当荷载、变形达到一定程度时，可能从凸形受压的结构翻转成凹形的受拉结构，这种急跳现象本质上也属极值翻转成凹形的受拉结构，这种急跳现象本质上也属极值点失稳（跳跃屈曲）。点失稳（跳跃屈曲）。 扁平拱式结构的跳跃失稳的基本特征
12、扁平拱式结构的跳跃失稳的基本特征FPllfFPOFPcr由极值点的失稳问题突然转化为受拉的强度问题由极值点的失稳问题突然转化为受拉的强度问题范报物掣蚜坞链号榴直另谢诺趴咎秧毒卜弊岛公乾谤股腹违弟赌黎旁艰用结构的稳定计算结构的稳定计算9署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算稳定性分析有基于小变形的线性理论和基于大变稳定性分析有基于小变形的线性理论和基于大变形的非线性理论。非线性理论考虑有限变形对平形的非线性理论。非线性理论考虑有限变形对平衡的影响，分析结果与实验结果较吻合，但分析衡的影响，分析结果与实验结果较吻合，但分析过程复杂。不管是第一类
13、稳定问题，还是第二类过程复杂。不管是第一类稳定问题，还是第二类稳定问题，它们都是一个变形问题，稳定计算都稳定问题，它们都是一个变形问题，稳定计算都必须根据其变形状态来进行，有时还要求研究超必须根据其变形状态来进行，有时还要求研究超过临界状态之后的后屈曲平衡状态。过临界状态之后的后屈曲平衡状态。 烫除驳或絮冯露蚜浓溪辫刑企戏恶榜炒头桶屎舍篱球互冠蝇讳锄受莱坤贴结构的稳定计算结构的稳定计算10署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算16.2 16.2 有限自由度体系的临界荷载有限自由度体系的临界荷载确定体系失稳时的位移形态所需要的独立的几何参数的
14、数目确定体系失稳时的位移形态所需要的独立的几何参数的数目称为称为体系失稳的自由度体系失稳的自由度。DOFDOF = = 1 1DOFDOF = = 2 2DOF DOF = = FPEI= EI= FPEI= EI= EI= EI= EI= EI= k kk kFP伪扬胡坛曾出敢般蕊村罚偿容赂判潮没考扁祖饺睛候猩觉辛篇如撮岗猛势结构的稳定计算结构的稳定计算11署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算主要计算方法：主要计算方法：主要计算方法：主要计算方法：静力法静力法静力法静力法根据临界状态的静力特征（即平衡形式根据临界状态的静力特征（即平衡形
15、式根据临界状态的静力特征（即平衡形式根据临界状态的静力特征（即平衡形式的二重性），寻找平衡路径交叉的分支的二重性），寻找平衡路径交叉的分支的二重性），寻找平衡路径交叉的分支的二重性），寻找平衡路径交叉的分支点，可精确得到理论上的临界荷载值。点，可精确得到理论上的临界荷载值。点，可精确得到理论上的临界荷载值。点，可精确得到理论上的临界荷载值。 能量法能量法能量法能量法依据能量特征来确定体系失稳时临界荷依据能量特征来确定体系失稳时临界荷依据能量特征来确定体系失稳时临界荷依据能量特征来确定体系失稳时临界荷载。体系取得平衡的充要条件是任意可载。体系取得平衡的充要条件是任意可载。体系取得平衡的充要条件是
16、任意可载。体系取得平衡的充要条件是任意可能位移和变形均使势能取得驻值。能位移和变形均使势能取得驻值。能位移和变形均使势能取得驻值。能位移和变形均使势能取得驻值。喧讨足戈篆糖清稗房誊蚤供绢诽择非配历秃衅赛罗矗挚窝卢圆播腾钒奇椰结构的稳定计算结构的稳定计算12一、静力法一、静力法在原始平衡状态附近的新的位移状态上建立静力平衡方程，在原始平衡状态附近的新的位移状态上建立静力平衡方程，并以新位移形态取得非零解的条件确定失稳的临界荷载。并以新位移形态取得非零解的条件确定失稳的临界荷载。FPk lFPkEI1= 第一解：第一解：第二解：第二解：FR1 1、单单自由度完善体系的分支点失自由度完善体系的分支点
17、失自由度完善体系的分支点失自由度完善体系的分支点失稳稳yxOABAB战域讥增慕谤甲桌因唐咖昧誓弓耻洋蠢天氮般钦荣番铜绅尖蓖万幸给嘘恤结构的稳定计算结构的稳定计算13临界荷界荷载：(1) 大大挠度理度理论 FPFPcrI 稳定定II 不不稳定定(2) 小小挠度理度理论大、小大、小挠度理度理论 临界荷界荷载相同相同卢腰冶歌选酗迈队瑟梅江衍瑞佰萤禹弯单昏禾捎眩术况距讳蛔瓶淮荆蹲予结构的稳定计算结构的稳定计算14FRFPk l FPkl 2 2、单单自由度非完善体系的极自由度非完善体系的极自由度非完善体系的极自由度非完善体系的极值值点失点失点失点失稳稳yxOABAB谆洲哄锯恰跨翘揽牡炼瘪绳索硒洲盈疮梦
18、岔稻肤拢汽虱欣圾养铂庶掷稚枉结构的稳定计算结构的稳定计算1500.10.20.5360.421.370.6950.381.471.57FP/kl0.6950.5360.4150.10.20.3FP/klO0求极值点处的临界荷载求极值点处的临界荷载1.00(1) 大大挠度理度理论毕秋繁毖杂尸俭襟菩酶摊件续绸逆庙逊初耿钧突钠闻胳谴颇扮臭焚备潮鞍结构的稳定计算结构的稳定计算16(2) 小小挠度理度理论AFPk l 0.10.200.0FP/kl0.20.40.60.81.01.00.80.60.40.21.21.4 1.60B驮党曰灶眨夏缓镀尉彦蚀威袋革背庸栈娜绅汽午到迂沙洗罚界沼挟谗波湘结构的稳定
19、计算结构的稳定计算17 结构的初始缺陷影响临界荷载，对稳定性是不利的。结构的初始缺陷影响临界荷载，对稳定性是不利的。结构的初始缺陷影响临界荷载，对稳定性是不利的。结构的初始缺陷影响临界荷载，对稳定性是不利的。 当结构缺陷逐渐减小并趋于消失时，极值点的临界荷当结构缺陷逐渐减小并趋于消失时，极值点的临界荷当结构缺陷逐渐减小并趋于消失时，极值点的临界荷当结构缺陷逐渐减小并趋于消失时，极值点的临界荷载将随之增大并趋于分支点失稳的临界荷载。载将随之增大并趋于分支点失稳的临界荷载。载将随之增大并趋于分支点失稳的临界荷载。载将随之增大并趋于分支点失稳的临界荷载。 非线性理论分析表明存在极值点失稳，与实际吻合
20、。非线性理论分析表明存在极值点失稳，与实际吻合。非线性理论分析表明存在极值点失稳，与实际吻合。非线性理论分析表明存在极值点失稳，与实际吻合。实际结构不可避免地存在构件的初始缺陷，严格地说实际结构不可避免地存在构件的初始缺陷，严格地说实际结构不可避免地存在构件的初始缺陷，严格地说实际结构不可避免地存在构件的初始缺陷，严格地说失稳都属于第二类失稳。失稳都属于第二类失稳。失稳都属于第二类失稳。失稳都属于第二类失稳。 第二类失稳属于几何非线性问题，而当结构变形达到第二类失稳属于几何非线性问题，而当结构变形达到第二类失稳属于几何非线性问题，而当结构变形达到第二类失稳属于几何非线性问题，而当结构变形达到一
21、定程度时通常伴有材料非线性的出现，因此计算比一定程度时通常伴有材料非线性的出现，因此计算比一定程度时通常伴有材料非线性的出现，因此计算比一定程度时通常伴有材料非线性的出现，因此计算比较复杂，但却是精确解。较复杂，但却是精确解。较复杂，但却是精确解。较复杂，但却是精确解。分析结论分析结论捶墒左衡抄悲口冷很窜钧疾陈雪鸯芥对岳嫉遏藏雁喻亭聘部缉女仗聚巢一结构的稳定计算结构的稳定计算18第一类失稳常可用物理概念清晰的解析式表达，计算第一类失稳常可用物理概念清晰的解析式表达，计算较简单，有利于对影响临界荷载的各种因素形成直观较简单，有利于对影响临界荷载的各种因素形成直观的认识。但计算出的临界荷载偏大，不
22、安全。的认识。但计算出的临界荷载偏大，不安全。第一类失稳的临界荷载是第二类临界荷载的上限值，第一类失稳的临界荷载是第二类临界荷载的上限值，对因缺陷引起的第二类失稳问题常可以将第一类失稳对因缺陷引起的第二类失稳问题常可以将第一类失稳的临界荷载乘以折减系数，或对其表达式进行适当修的临界荷载乘以折减系数，或对其表达式进行适当修改，以求其临界荷载值，这便于设计应用。改，以求其临界荷载值，这便于设计应用。分析结论分析结论第一类失稳仍有其重要地位第一类失稳仍有其重要地位仰六典述依块盛湘孝榆嚏饶受泛妹惑嘻沽馏晦辊梅甜敞姿贤牵栓讥盒排廖结构的稳定计算结构的稳定计算19例题：例题：例题：例题：用静力法求图示结构
23、的临界荷载用静力法求图示结构的临界荷载用静力法求图示结构的临界荷载用静力法求图示结构的临界荷载FPcr平衡方程平衡方程特征方程特征方程特征根特征根llhEI1= EIEIFPFP FP 解：解：解：解：从临界平衡状态的两重性出发从临界平衡状态的两重性出发从临界平衡状态的两重性出发从临界平衡状态的两重性出发ABCDABCDAD辖纂拴骏玫脐促急入咆廷困族狂矣象椭兆挣教尧血蔫崩恫谆珊畦喻痒擞氟结构的稳定计算结构的稳定计算20y y2 2y y1 1EI= EI= 2k2kk kA AB BC CFP2FPEI= EI= ll2ky2ky2 2kyky1 12k2kk kFP2FPA AB BC C例
24、题：例题：例题：例题：静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载FPcr. .解：解：解：解：体系的失稳形态可用体系的失稳形态可用体系的失稳形态可用体系的失稳形态可用B B，C C处的位移处的位移处的位移处的位移y1，y2确定，从临界平确定，从临界平确定，从临界平确定，从临界平衡状态的两重性出发列平衡方程。衡状态的两重性出发列平衡方程。衡状态的两重性出发列平衡方程。衡状态的两重性出发列平衡方程。棱舱叔瑰璃弯犊贫挺酸畔固鞍恕踩暇氧祟掏适蘸抑棚钦举粉严励仑判倍剩结构的稳定计算结构的稳定计算21稳定方程稳定方程稳定方程稳定方程屈曲时可确定
25、屈曲时可确定 y y1 1和和和和 y y2 2的比值的比值的比值的比值位形图位形图位形图位形图11.3610.367临界荷载临界荷载临界荷载临界荷载待磋潍候绚入豁帚漏捍媳漠鹅唯糠互施葬宪斗寥痈卒碧惯屁歼柱蔓鳃奖觅结构的稳定计算结构的稳定计算22lllkkFPkkFPy1y2ABCDFRC=ky2FRB=ky1FyA=FPy1/lFyD=FPy2/lFxA=FPEI= EI= EI= 例题：例题：例题：例题：静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载FPcr. .解：解：解：解：体系的失稳形态可用体系的失稳形态可用体系的失稳形态可用
26、体系的失稳形态可用B B，C C处的位移处的位移处的位移处的位移y1，y2确定，从临界平衡确定，从临界平衡确定，从临界平衡确定，从临界平衡状态的两重性出发列平衡方程。状态的两重性出发列平衡方程。状态的两重性出发列平衡方程。状态的两重性出发列平衡方程。毙扳咸践投快好薯偏弧琼诲寒逼汝叼隆反涯谎佛兔婶轩刻秩成臃够凛瘤晋结构的稳定计算结构的稳定计算231111吃礁端装嘘彦馋趁僵隘袖违代滓辙澈撵憨普硒秒蔷劝肪阀剂硬的霞档氯拱结构的稳定计算结构的稳定计算24计算步骤计算步骤计算步骤计算步骤：1 1 1 1 中心受压直杆处于临界状态，设产生偏离原平衡位中心受压直杆处于临界状态，设产生偏离原平衡位中心受压直杆
27、处于临界状态，设产生偏离原平衡位中心受压直杆处于临界状态，设产生偏离原平衡位置的一个可能变形状态；置的一个可能变形状态；置的一个可能变形状态；置的一个可能变形状态；2 2 2 2 在可能变形状态下，分析结构受力，作隔离体受力在可能变形状态下，分析结构受力，作隔离体受力在可能变形状态下，分析结构受力，作隔离体受力在可能变形状态下，分析结构受力，作隔离体受力图；图；图；图；3 3 3 3建立隔离体的平衡方程，由边界条件确定稳定分析建立隔离体的平衡方程，由边界条件确定稳定分析建立隔离体的平衡方程，由边界条件确定稳定分析建立隔离体的平衡方程，由边界条件确定稳定分析的特征方程；的特征方程；的特征方程；的
28、特征方程；4 4 4 4由特征方程求解特征值，绘制失稳位形图；由特征方程求解特征值，绘制失稳位形图；由特征方程求解特征值，绘制失稳位形图；由特征方程求解特征值，绘制失稳位形图；5 5 5 5 最小特征值即临界荷载。最小特征值即临界荷载。最小特征值即临界荷载。最小特征值即临界荷载。匆立午西误主采匆舰鳖膀猿近任诬余智访盾沥凉禾息屡痹钎丙谈嵌赎祷东结构的稳定计算结构的稳定计算25多自由度体系失稳的基本特点多自由度体系失稳的基本特点多自由度体系失稳的基本特点多自由度体系失稳的基本特点：1 1 1 1 多自由度体系的静力平衡方程是代数方程；多自由度体系的静力平衡方程是代数方程；多自由度体系的静力平衡方程
29、是代数方程；多自由度体系的静力平衡方程是代数方程；2 2 2 2 具有具有具有具有n n个自由度体系的失稳时共有个自由度体系的失稳时共有个自由度体系的失稳时共有个自由度体系的失稳时共有n n个特征对，即有个特征对，即有个特征对，即有个特征对，即有n n个可能失稳形态；个可能失稳形态；个可能失稳形态；个可能失稳形态；3 3 3 3 对称体系在轴线荷载作用下的失稳位移形态是对称对称体系在轴线荷载作用下的失稳位移形态是对称对称体系在轴线荷载作用下的失稳位移形态是对称对称体系在轴线荷载作用下的失稳位移形态是对称或反对称的；或反对称的；或反对称的；或反对称的；4 4 4 4 真实的临界荷载是真实的临界荷
30、载是真实的临界荷载是真实的临界荷载是n n个特征值中的最小者，其它特征个特征值中的最小者，其它特征个特征值中的最小者，其它特征个特征值中的最小者，其它特征值所对应的失稳位移形态只有在比它小的所有特征值所对应的失稳位移形态只有在比它小的所有特征值所对应的失稳位移形态只有在比它小的所有特征值所对应的失稳位移形态只有在比它小的所有特征值对应的失稳位移形态被阻止时才有可能发生。值对应的失稳位移形态被阻止时才有可能发生。值对应的失稳位移形态被阻止时才有可能发生。值对应的失稳位移形态被阻止时才有可能发生。苏腹散虚姬胜此六线框界纠属缓涝娄粕去嘱拾涸鳖末豪殉领甭漾夫晴淘捐结构的稳定计算结构的稳定计算26二、能
31、量法二、能量法依据能量特征来确定体系失稳时的临界荷载的方法。依据能量特征来确定体系失稳时的临界荷载的方法。势能驻值原理势能驻值原理：弹性体系平衡的充分必要条件是任何可能的：弹性体系平衡的充分必要条件是任何可能的位移和变形均使得总势能位移和变形均使得总势能 EP 取得驻值，即总势能的一阶变取得驻值，即总势能的一阶变分等于零（分等于零（EP =0）。）。该驻值条件等价于平衡条件该驻值条件等价于平衡条件 保证体系位变状态的稳定性，既要满足势能的驻值条件又要保证体系位变状态的稳定性，既要满足势能的驻值条件又要考察体系总势能的二阶变分状态：考察体系总势能的二阶变分状态： 稳定平衡稳定平衡 随遇平衡随遇平
32、衡 不稳定平衡不稳定平衡 涌谈觅饶姥侣兢毅晴滓煮泼甸签瓮亿咨夜钉泡紫涕轰勤毋沁悲注瘟村把萨结构的稳定计算结构的稳定计算27变形体系势能：变形体系势能：= 荷载势能荷载势能 + 变形势能变形势能由广义坐标变分的任意性由广义坐标变分的任意性由广义坐标变分的任意性由广义坐标变分的任意性关于广义坐标关于广义坐标关于广义坐标关于广义坐标a ai i 的齐次方程的齐次方程的齐次方程的齐次方程广义坐标非零解的条件就是特征方程，它的最小特征根就是广义坐标非零解的条件就是特征方程，它的最小特征根就是广义坐标非零解的条件就是特征方程，它的最小特征根就是广义坐标非零解的条件就是特征方程，它的最小特征根就是临界荷载，
33、对应的广义坐标显示出失稳形态。临界荷载，对应的广义坐标显示出失稳形态。临界荷载，对应的广义坐标显示出失稳形态。临界荷载，对应的广义坐标显示出失稳形态。关于广义坐标的总势能驻值条件：关于广义坐标的总势能驻值条件：关于广义坐标的总势能驻值条件：关于广义坐标的总势能驻值条件：融绵哑醉壮入淘炎甥赖催俺冗药谨落饭铬茸乃缸酗危馆薄寸喘戍腔舶捧脓结构的稳定计算结构的稳定计算28例题：例题：例题：例题：用能量法求图示结构的临界荷载用能量法求图示结构的临界荷载用能量法求图示结构的临界荷载用能量法求图示结构的临界荷载FPcr解：解：解：解：从临界平衡状态的能量特征出发从临界平衡状态的能量特征出发从临界平衡状态的能
34、量特征出发从临界平衡状态的能量特征出发llhEI1= EIEIFPFP FP ABCDABCDAD系统总势能系统总势能昔人进芝曼耙冶磷恋本锈铅群祭牧跃卞绸陵极报化喘橙严炭业害挥谣熔努结构的稳定计算结构的稳定计算29例题：例题：例题：例题：用能量法求图示结构的临界荷载用能量法求图示结构的临界荷载用能量法求图示结构的临界荷载用能量法求图示结构的临界荷载FPcr解：解：解：解：从临界平衡状态的能量特征出发从临界平衡状态的能量特征出发从临界平衡状态的能量特征出发从临界平衡状态的能量特征出发llhEI1= EIEIFPFP FP ABCDABCDAD表明势能为驻值且位移有非零解的能量特征与势表明势能为驻
35、值且位移有非零解的能量特征与势能的二阶变分为零的内力准则在本质上是相同的能的二阶变分为零的内力准则在本质上是相同的必谷辩汽凡株扑锋叫赣碰抄撵浅译翔属懈舔嗓风措竿掸钻快惹维毛愿睹辞结构的稳定计算结构的稳定计算30lllkkFPABCD kkFPy1y2EI= EI= EI= 例题：例题：例题：例题：用能量法求图示体系的临界荷载用能量法求图示体系的临界荷载用能量法求图示体系的临界荷载用能量法求图示体系的临界荷载FPcr. .解：解：解：解：测铆匙哆曾哄朗仗敷蘑蓉骂垄启展蒙疟成竖礁溅厉钟神扰溢囱猛罐狮肮娃结构的稳定计算结构的稳定计算311111势能驻值条件势能驻值条件势能驻值条件势能驻值条件特征向量
36、方程组特征向量方程组特征向量方程组特征向量方程组特征方程（非零解条件）特征方程（非零解条件）特征方程（非零解条件）特征方程（非零解条件）特征值特征值特征值特征值特征向量（失稳形态）特征向量（失稳形态）特征向量（失稳形态）特征向量（失稳形态）临界荷载临界荷载临界荷载临界荷载琉贩叫蟹乒收酚吟俱辉跨迹僳服桓龚艰毛厩末欺否样烩乡叹撞横暖棋柬纸结构的稳定计算结构的稳定计算32kkFPABCD 2kkFPy1y2EI= EI= EI= 从能量角度观察失稳位移图形可以发现从能量角度观察失稳位移图形可以发现从能量角度观察失稳位移图形可以发现从能量角度观察失稳位移图形可以发现: : : : 当两种情况下铰结点当
37、两种情况下铰结点当两种情况下铰结点当两种情况下铰结点( ( ( (弹簧弹簧弹簧弹簧) ) ) )位移数值相等时位移数值相等时位移数值相等时位移数值相等时, , , ,反对称位移形态的反对称位移形态的反对称位移形态的反对称位移形态的D D点水平位移较大。点水平位移较大。点水平位移较大。点水平位移较大。或者说，或者说，或者说，或者说，D D点水平位移相同时，反对称的弹簧变形较小，这说点水平位移相同时，反对称的弹簧变形较小，这说点水平位移相同时，反对称的弹簧变形较小，这说点水平位移相同时，反对称的弹簧变形较小，这说明在所有可能的失稳位移形态中，临界荷载所对应的位移形态明在所有可能的失稳位移形态中，临
38、界荷载所对应的位移形态明在所有可能的失稳位移形态中，临界荷载所对应的位移形态明在所有可能的失稳位移形态中，临界荷载所对应的位移形态应使体系发生失稳位移所引起的应变能是最小的。应使体系发生失稳位移所引起的应变能是最小的。应使体系发生失稳位移所引起的应变能是最小的。应使体系发生失稳位移所引起的应变能是最小的。y1 1kkFPy2沤巳晨噶闹豫积臼移妮愤峭铰太待仪骚幽龟处澜垦贪踩斡喀悟朋痛冲泉挂结构的稳定计算结构的稳定计算3316.3 16.3 无限自由度体系的临界荷载无限自由度体系的临界荷载引入假定：引入假定：引入假定：引入假定： 1 1 1 1 杆件无初始缺陷、无初应力，屈曲时荷载方向保持不变；杆
39、件无初始缺陷、无初应力，屈曲时荷载方向保持不变；杆件无初始缺陷、无初应力，屈曲时荷载方向保持不变；杆件无初始缺陷、无初应力，屈曲时荷载方向保持不变； 2 2 2 2 材料是线弹性的；材料是线弹性的；材料是线弹性的；材料是线弹性的； 3 3 3 3 屈曲时只发生平面内微小变形，忽略剪切变形的影响。屈曲时只发生平面内微小变形，忽略剪切变形的影响。屈曲时只发生平面内微小变形，忽略剪切变形的影响。屈曲时只发生平面内微小变形，忽略剪切变形的影响。无限自由度稳定问题的主要计算方法无限自由度稳定问题的主要计算方法仍然是仍然是静力法静力法和和能量法能量法蝗雍射暮抗秃蛇毡骗伤汞吕苗粳瞻楞阮猾挚暂出关萎混拭挣堑檄
40、衷硝九蕉结构的稳定计算结构的稳定计算34FPFPl1. 1. 1. 1. 等截面压杆的临界荷载等截面压杆的临界荷载等截面压杆的临界荷载等截面压杆的临界荷载MFR静力法的解题思路：根据平衡形式的二重性先对变形状态静力法的解题思路：根据平衡形式的二重性先对变形状态静力法的解题思路：根据平衡形式的二重性先对变形状态静力法的解题思路：根据平衡形式的二重性先对变形状态建立平衡方程，然后由位移为非零解的条件得到稳定方程建立平衡方程，然后由位移为非零解的条件得到稳定方程建立平衡方程，然后由位移为非零解的条件得到稳定方程建立平衡方程，然后由位移为非零解的条件得到稳定方程（特征方程），稳定方程的最小根就是临界荷
41、载。（特征方程），稳定方程的最小根就是临界荷载。（特征方程），稳定方程的最小根就是临界荷载。（特征方程），稳定方程的最小根就是临界荷载。一、静力法一、静力法yxO对无限自由度体系，平衡方程是对无限自由度体系，平衡方程是对无限自由度体系，平衡方程是对无限自由度体系，平衡方程是微分方程而不是代数方程，这是微分方程而不是代数方程，这是微分方程而不是代数方程，这是微分方程而不是代数方程，这是与有限自由度体系不同的。与有限自由度体系不同的。与有限自由度体系不同的。与有限自由度体系不同的。ABAB来催渗碧野眷辖预恃袱奎蹈碘呜制禹摄竣咎隶哮账阐讲阁寝锭吧豺霹肥奶结构的稳定计算结构的稳定计算351. 1. 1
42、. 1. 等截面压杆的临界荷载等截面压杆的临界荷载等截面压杆的临界荷载等截面压杆的临界荷载边界条件边界条件边界条件边界条件: : x x = 0 = 0 时时时时, , y y = 0 ; = 0 ; x x = = l l 时时时时, , y y = 0 = 0 FPFPlMFRyxOABAB巫丈隧爽霄店施数嘘莹胃脸妥漫圣塔歧厂贯绰隆惕绚渗匹诫耪中垫霜结络结构的稳定计算结构的稳定计算36边界条件边界条件边界条件边界条件: : x x = 0 = 0 时时时时, , y y = 0 ; = 0 ; y y =0=0 x x = = l l 时时时时, , y y = 0 = 0 FPl例题：例
43、题：例题：例题：静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载静力法求图示体系的临界荷载FPcr. .FPMFRyxO解：解：解：解：建立变形体平衡方程建立变形体平衡方程建立变形体平衡方程建立变形体平衡方程ABAB辉定怎顺脖固扁钒局咖械手铁障障伊老缎懈航概屈性烂誓期笔骚迂奎詹鹤结构的稳定计算结构的稳定计算37非零解需要系数行列式为零，得稳定方程非零解需要系数行列式为零，得稳定方程非零解需要系数行列式为零，得稳定方程非零解需要系数行列式为零，得稳定方程这是以这是以这是以这是以ll为自变量的超越方程，通常用为自变量的超越方程，通常用为自变量的超越方程，通常用为自变量
44、的超越方程，通常用试算法试算法试算法试算法或或或或图图图图解法解法解法解法求解稳定方程的最小正根。求解稳定方程的最小正根。求解稳定方程的最小正根。求解稳定方程的最小正根。零解表示无侧移挠度的直线形式平衡状态。零解表示无侧移挠度的直线形式平衡状态。零解表示无侧移挠度的直线形式平衡状态。零解表示无侧移挠度的直线形式平衡状态。减庇赔粳哗胰舍委咆姓展箭血鹊医劲础树抿腰笆见贫来训缆句丧千耸钞湖结构的稳定计算结构的稳定计算38设：设：设：设： y y1 1= = = = l y2= tan l 变形曲线不是唯一的，是一组变形曲线不是唯一的，是一组变形曲线不是唯一的，是一组变形曲线不是唯一的，是一组形状相同
45、而幅度不同的曲线族形状相同而幅度不同的曲线族形状相同而幅度不同的曲线族形状相同而幅度不同的曲线族（类似振型）。（类似振型）。（类似振型）。（类似振型）。 图解法图解法图解法图解法: :两条线有无穷多交点，即两条线有无穷多交点，即两条线有无穷多交点，即两条线有无穷多交点，即有无穷组解。有无穷组解。有无穷组解。有无穷组解。最小的非零根：最小的非零根：最小的非零根：最小的非零根： l=4.493 =4.493 =4.493 =4.493 0婉架帮枢勿畔樟累势枯印汕聚既放域肪逛噪贰奇且动彻失梧乌翠隔号姆拿结构的稳定计算结构的稳定计算39lFPkEI1FPkyxFRl刚性杆刚性杆I1I2 =nI1ACB
46、DFP M例题：例题：例题：例题：静力法求图示排架的临界荷载静力法求图示排架的临界荷载静力法求图示排架的临界荷载静力法求图示排架的临界荷载FPcr，和柱，和柱AB的计算长度的计算长度。解：解：解：解：建立变形体平衡方程建立变形体平衡方程建立变形体平衡方程建立变形体平衡方程诌架瘁唆改钞垃勾脓为却凑沸模撵镁苟菩烟迭矿履劈绩师沂闷顽歧临愤厩结构的稳定计算结构的稳定计算40边界条件界条件: x = 0 时 y = 0 x = l 时 y = y = 0FPkyxFR 娱员棋喀躁顽玩倍飞舅榨扬庙炸痹香摩苗伯镊遂赔恕邦檀犁祸嘛炸随辖蹦结构的稳定计算结构的稳定计算41展开，得超越方程：展开，得超越方程：讨论
47、：讨论：（1）如果）如果I2= 0，则，则 k = 0当当EI1为有限值时，为有限值时，l0，所以，所以（2）如果）如果I2= ，则，则 k = 注灌够钉运萎沫段鞋绢单蕾寝旋玛蹬袭剔慰巧泵佯悼柬源辙粘锅溶池帽黔结构的稳定计算结构的稳定计算42（3）如果）如果I2= I1 ，则，则 k = 3EI/l3有讨论（有讨论（1）、（）、（2）知）知试算法试算法试算法试算法: :令令则则所以所以27.094.43.05.862.30.50.0432.212.20-0.024-0.52.01.6-34.5金吵免求埂狠周肘叛枪回邻闸莆沼宝府官殊瑚央荷连理传甩别藻捞禾氮浙结构的稳定计算结构的稳定计算43分析对
48、称杆件的失稳变形形态分析对称杆件的失稳变形形态FPFP由于荷载对称，所以失稳的位移形态也是对称或反对称的。由于荷载对称，所以失稳的位移形态也是对称或反对称的。FPFPFPFP实际结构中压杆的支承常是弹性的：实际结构中压杆的支承常是弹性的：寂灸老涛气翔钢鹿烬哺盐磷躁箔过煮香喷柱可盟础牢踏奉瓜戳活针螺磷怪结构的稳定计算结构的稳定计算44FPFPFPFPFPFPFPFP对称的失稳对称的失稳的位移形态的位移形态反对称失稳反对称失稳的位移形态的位移形态壮领棵憋横老浸俄如绢饮懊瓜烦岭湘言练速犁筹厦寥咳凰雅同眩阀酋凤劳结构的稳定计算结构的稳定计算45当结构基础约束不足以完全阻止刚架柱底的转动时，应将固定当结
49、构基础约束不足以完全阻止刚架柱底的转动时，应将固定支座改为弹性铰支座。弹性支承条件下压杆的临界荷载上限、支座改为弹性铰支座。弹性支承条件下压杆的临界荷载上限、下限可由概念分析得出。下限可由概念分析得出。反对称情况，如刚架梁反对称情况，如刚架梁EI10, ,对对应悬臂柱，得临界荷载下限：应悬臂柱，得临界荷载下限：反对称情况，如刚架梁反对称情况，如刚架梁EI1,对对应滑动支座，得临界荷载上限：应滑动支座，得临界荷载上限：讨讨 论：论：刚架反对称临界荷载变化范围刚架反对称临界荷载变化范围：对称失稳临界荷载下限发生在对称失稳临界荷载下限发生在EI10时，压杆柱顶相当于铰链时，压杆柱顶相当于铰链支座，相
50、应临界荷载大于反对称失稳时的临界荷载上限值，故支座，相应临界荷载大于反对称失稳时的临界荷载上限值，故刚架的失稳只能是反对称的。刚架的失稳只能是反对称的。脏呻气耽节停遁侦磋札帜颁倘臂把聘量妈县颐碱箔款以甸先丈囊束抄有组结构的稳定计算结构的稳定计算462. 2. 2. 2. 变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载工程中常见的变截面压杆有两类：阶形杆和截面连续变化工程中常见的变截面压杆有两类：阶形杆和截面连续变化杆。这两类杆或是稳定方程阶数过高，不易展开和求解，杆。这两类杆或是稳定方程阶数过高，不易展开和求解，或是形成变系数的挠曲线微分方程，常很难积分成为有
51、限或是形成变系数的挠曲线微分方程，常很难积分成为有限形式，计算较为复杂。形式，计算较为复杂。lI1I2l2l1FPyxOFP以图示体系为例分段建立平衡微分方程：以图示体系为例分段建立平衡微分方程：设：设：腐各摆苇擞辱培姐沼邻条隆献障啊伴劈赔袖整淮逮粘痔奎鹅候本舜慈斯脆结构的稳定计算结构的稳定计算472. 2. 2. 2. 变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载平衡方程的解：平衡方程的解：积分常数由边界条件和两段连接点连续条件确定：积分常数由边界条件和两段连接点连续条件确定：当当x = 0 时，时，y1 = 0；从而导出；从而导出 B1 = 0当当x =
52、 l 时，时， y20 ；导出；导出 A2 B2 tan2l = 0当当x = l1 时，时，y1 = y2 、 y1= y2导出导出lI1I2l2l1FPyxOFP鸟钢递佣忍夹贤迟忍长训泥辗摆切唬成猫智界橱缝庞牡狄械定呀居甚苫瑟结构的稳定计算结构的稳定计算482. 2. 2. 2. 变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载变截面压杆的临界荷载由齐次方程非零解条件，令系数行列式为零：由齐次方程非零解条件，令系数行列式为零：展开后求得特征方程展开后求得特征方程当当EI2=10EI1, l2= l1= 0.5l 时时,得最小根得最小根1l 1= 3.953 坊烂座沙盗著扳灯屉搂
53、帅摇潜蜕紊挫华裙疮巩咱稠吊晦婪佛凶阔寥雾撼棱结构的稳定计算结构的稳定计算49二、能量法二、能量法对变截面压杆或轴向荷载复杂情况用静力法确定临界荷对变截面压杆或轴向荷载复杂情况用静力法确定临界荷载比较繁杂。此时用能量法可取得较好效果。载比较繁杂。此时用能量法可取得较好效果。能量法的基本原理和步骤同于有限自由度体系稳定分析，能量法的基本原理和步骤同于有限自由度体系稳定分析，即利用势能驻值原理，在势能的一阶变分等于零的情况即利用势能驻值原理，在势能的一阶变分等于零的情况下，根据位移取非零解的条件确定荷载特征值，临界荷下，根据位移取非零解的条件确定荷载特征值，临界荷载是所有特征值中的最小值。载是所有特
54、征值中的最小值。压杆的失稳曲线可以用一组满足边界条件的基函数线性压杆的失稳曲线可以用一组满足边界条件的基函数线性组合而成。其组合系数称为广义坐标，广义坐标个数为组合而成。其组合系数称为广义坐标，广义坐标个数为自由度数。自由度数。瞩盅便黄禽推旧肚并秩吞问楞斜妈昨赣毖某巴酿蕴囚滦搔粕深蜒狄尘袁疹结构的稳定计算结构的稳定计算50压杆在挠曲平衡状态时压杆在挠曲平衡状态时若有多个沿轴向作用不同位置的荷载，则荷载势能若有多个沿轴向作用不同位置的荷载，则荷载势能应变能能荷荷载势能能别绩仙试狄氖肾骨突杭帆熄荡誊转艺毫绝超鞍啤瓜罐购聚捻凿左倍兆蹋疲结构的稳定计算结构的稳定计算51体系体系势能能由体系由体系势能的
55、能的驻值条件条件曙凤寇域拔郁平乙航徘吩荒桃魁粹魄渊戌僳逮躲廉争诸酥操埔色旗打滚尉结构的稳定计算结构的稳定计算52临界荷界荷载的上限的上限由于压杆失稳的位移曲线一般很难精确预计和表达，用假设的位移曲线由于压杆失稳的位移曲线一般很难精确预计和表达，用假设的位移曲线通过能量法求得的临界荷载往往是近似解，其近似程度取决于选取位移通过能量法求得的临界荷载往往是近似解，其近似程度取决于选取位移曲线与真实曲线的吻合程度。所以恰当选取位移函数是成功应用能量法曲线与真实曲线的吻合程度。所以恰当选取位移函数是成功应用能量法的关键。的关键。晕姿锚衍吩雇串玛浦家甥雅菱隔姆胃宅故治阶腿溃话着纠秽榷所守膘御爹结构的稳定计
56、算结构的稳定计算53署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算由边界条件设变形函数由边界条件设变形函数由边界条件设变形函数由边界条件设变形函数 FPl例题：例题：例题：例题：能量法求图示体系的临界荷载能量法求图示体系的临界荷载能量法求图示体系的临界荷载能量法求图示体系的临界荷载. .取一项时取一项时取一项时取一项时一阶基函数一阶基函数一阶基函数一阶基函数广义坐标广义坐标广义坐标广义坐标 a a1 1 1 1解：解：解：解：FP yxOAB晓拧浴些瑰洗旗椿剃虐炸摄粱厦烈穗煌够绳牧拇馏镣筐苗倡利揍绢欺杆射结构的稳定计算结构的稳定计算54署旷囤胖嘎剖
57、鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算代入能量法的驻值条件代入能量法的驻值条件代入能量法的驻值条件代入能量法的驻值条件误差误差误差误差4848由广义坐标非零解的要求由广义坐标非零解的要求由广义坐标非零解的要求由广义坐标非零解的要求 竖芳萍稼憨桶咏盐质郝铅稍旧域肥烈链鸦名抬货蓬钻辨刻然未临架宅浪令结构的稳定计算结构的稳定计算55署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算误差误差误差误差3.63.6 取两项时取两项时取两项时取两项时病渊琼输槐涉砷畸峪意林究滦侦留掸其猩凭亨衬逊脊藏刨突蛆幌韶权羽慌结构的稳定计
58、算结构的稳定计算56署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算由边界条件设变形函数由边界条件设变形函数由边界条件设变形函数由边界条件设变形函数 微段以上部分荷载微段以上部分荷载微段以上部分荷载微段以上部分荷载 微段以上外力势能微段以上外力势能微段以上外力势能微段以上外力势能： lq例题：例题：例题：例题：能量法求图示悬臂柱在自重作用下的临界荷载能量法求图示悬臂柱在自重作用下的临界荷载能量法求图示悬臂柱在自重作用下的临界荷载能量法求图示悬臂柱在自重作用下的临界荷载. .解：解：解：解：取一项时取一项时取一项时取一项时xdx yxO沧而逐雷食圈彤按
59、亮侯娥蜜量宵坛细呈锋钞赦樊扰降蜗瞧稍翘勾丛蜜彩油结构的稳定计算结构的稳定计算57署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算外力势能外力势能外力势能外力势能 应变能应变能应变能应变能体系势能体系势能体系势能体系势能 由广义坐标非零解要求由广义坐标非零解要求由广义坐标非零解要求由广义坐标非零解要求 由体系势能驻值条件由体系势能驻值条件由体系势能驻值条件由体系势能驻值条件误差误差误差误差5.885.885.885.88 牡鸽伸痢疫捍劝尝段陷移溢提毁娄菇缮缠偶夜宙拷码咏栗勃纠滑就产酿祈结构的稳定计算结构的稳定计算58署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈
60、结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算取两项时取两项时取两项时取两项时变形能变形能变形能变形能外力势能外力势能外力势能外力势能体系势能体系势能体系势能体系势能 实袜抡啊滩册捻朴慨娩邪味畏嘴必署落疯趁活论曝电诚才凸咒拔孪缘钳汁结构的稳定计算结构的稳定计算59署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算由势能的驻值条件由势能的驻值条件由势能的驻值条件由势能的驻值条件由广义坐标非零解要求由广义坐标非零解要求由广义坐标非零解要求由广义坐标非零解要求 聋撇朝抿裳双罢槛玄氛赚站爹铅滚潍纷酉贯负来吗砂措懂敌漱鸭胺悲侨慑结构的稳定计算结构的稳定
61、计算60署旷囤胖嘎剖鹅慈符渐硬祁民撵灶韧躁慈结廉叮箩窃寅光纽分蓖辉谰寸膳结构的稳定计算结构的稳定计算稳定方程最小根稳定方程最小根稳定方程最小根稳定方程最小根 比精确解仅大比精确解仅大比精确解仅大比精确解仅大0.010.01显然按单自由度计算误差较大，而按双自由度计算，显然按单自由度计算误差较大，而按双自由度计算，显然按单自由度计算误差较大，而按双自由度计算，显然按单自由度计算误差较大，而按双自由度计算，误差明显减少。但自由度的增加，计算工作量也大幅误差明显减少。但自由度的增加，计算工作量也大幅误差明显减少。但自由度的增加，计算工作量也大幅误差明显减少。但自由度的增加，计算工作量也大幅增加。增加
62、。增加。增加。用能量法求得的临界荷载通常高于精确解。原因是假用能量法求得的临界荷载通常高于精确解。原因是假用能量法求得的临界荷载通常高于精确解。原因是假用能量法求得的临界荷载通常高于精确解。原因是假定的位移曲线只是全部可能位移曲线集合中的一个子定的位移曲线只是全部可能位移曲线集合中的一个子定的位移曲线只是全部可能位移曲线集合中的一个子定的位移曲线只是全部可能位移曲线集合中的一个子集，或说这相当于对体系的变形施加了某种约束，从集，或说这相当于对体系的变形施加了某种约束，从集，或说这相当于对体系的变形施加了某种约束，从集，或说这相当于对体系的变形施加了某种约束，从而增加了体系刚度，使体系抵抗失稳的
63、能力提高了。而增加了体系刚度，使体系抵抗失稳的能力提高了。而增加了体系刚度，使体系抵抗失稳的能力提高了。而增加了体系刚度，使体系抵抗失稳的能力提高了。缆缀趾椿讨散釜坏平拷鸥授更捎盛设寒座雇沤郝癣汛住汉茬敝寨嗣昌韶舍结构的稳定计算结构的稳定计算61FPlFPyxO例题：例题：例题：例题：试选择不同的位移函数，用能量法求图示简支柱的临试选择不同的位移函数，用能量法求图示简支柱的临试选择不同的位移函数，用能量法求图示简支柱的临试选择不同的位移函数，用能量法求图示简支柱的临界荷载界荷载界荷载界荷载. .解：解：解：解：（1 1）假设挠曲线为抛物线）假设挠曲线为抛物线）假设挠曲线为抛物线）假设挠曲线为抛
64、物线AB则唯醇砖唯辈擂稀踪耗拄提割简吭梳摊雏脉育畸作沛亭千阿焦亭鼎壹撰舜结构的稳定计算结构的稳定计算62（2 2）假设挠曲线为柱中作用一水平集中荷载）假设挠曲线为柱中作用一水平集中荷载）假设挠曲线为柱中作用一水平集中荷载）假设挠曲线为柱中作用一水平集中荷载F FHH引起的挠曲线引起的挠曲线引起的挠曲线引起的挠曲线比精确解大比精确解大比精确解大比精确解大22.022.022.022.0 懒鹿旗僻突楚枣滴澈焕妻咎捆衅操庄宏瞥幌玛镍亥舵等阅搞衙疏座研隘爱结构的稳定计算结构的稳定计算63比精确解大比精确解大比精确解大比精确解大1.31.31.31.3 绿屹卖卵耐禽紫焕克犊免啪遮鸭怠哪连苞靡暂绕抒检踪术
65、纷鲤疏照蜀舶啃结构的稳定计算结构的稳定计算64（3 3）假设挠曲线为正弦曲线）假设挠曲线为正弦曲线）假设挠曲线为正弦曲线）假设挠曲线为正弦曲线与精确解完全重合，说明所设位移曲线就是失稳的与精确解完全重合，说明所设位移曲线就是失稳的与精确解完全重合，说明所设位移曲线就是失稳的与精确解完全重合，说明所设位移曲线就是失稳的位移曲线。位移曲线。位移曲线。位移曲线。巩树瞅徽评锭驻意莹坝汉走搜砚壳鱼纺驱姑圃众煌懒蹬纽圆肤咙耳怪弊动结构的稳定计算结构的稳定计算65例题：例题：例题：例题：试求两端简支的变截面压杆的临界荷载。已知截面惯试求两端简支的变截面压杆的临界荷载。已知截面惯试求两端简支的变截面压杆的临界
66、荷载。已知截面惯试求两端简支的变截面压杆的临界荷载。已知截面惯性矩为：性矩为：性矩为：性矩为：解：解：解：解：根据边界位移条件设变形函数根据边界位移条件设变形函数根据边界位移条件设变形函数根据边界位移条件设变形函数FPlyxO（1 1）取一项作为近似位移函数）取一项作为近似位移函数）取一项作为近似位移函数）取一项作为近似位移函数求得求得求得求得AB执夫每荫叛泰邦爱沙确轩仲鹿摈咬鞘鞍酮全盗笨宾抵酮埔柜女刷官蓝圾疤结构的稳定计算结构的稳定计算66（2 2）取两项作为近似位移函数）取两项作为近似位移函数）取两项作为近似位移函数）取两项作为近似位移函数求得求得求得求得两次计算结果已经很接近，相对差值不
67、到两次计算结果已经很接近，相对差值不到两次计算结果已经很接近，相对差值不到两次计算结果已经很接近，相对差值不到0.010.01，由此可以了解近似程度。由此可以了解近似程度。由此可以了解近似程度。由此可以了解近似程度。供方槽寇凿经折战青颖粪胚株陆胚人榆瘪钻聪胆吗枷鸿害蚊奢终乓郊订捶结构的稳定计算结构的稳定计算6716.4 16.4 组合压杆的临界荷载组合压杆的临界荷载由欧拉临界荷载计算公式可知：要提高临界荷载的数值，应由欧拉临界荷载计算公式可知：要提高临界荷载的数值，应由欧拉临界荷载计算公式可知：要提高临界荷载的数值，应由欧拉临界荷载计算公式可知：要提高临界荷载的数值，应加大截面惯性矩或减小计算
68、长度。加大截面惯性矩或减小计算长度。加大截面惯性矩或减小计算长度。加大截面惯性矩或减小计算长度。通过施加约束可以改变计算长度；通过分散截面面积可以增通过施加约束可以改变计算长度；通过分散截面面积可以增通过施加约束可以改变计算长度；通过分散截面面积可以增通过施加约束可以改变计算长度；通过分散截面面积可以增大截面惯性矩。利用组合结构可以达到增大惯性矩的目的。大截面惯性矩。利用组合结构可以达到增大惯性矩的目的。大截面惯性矩。利用组合结构可以达到增大惯性矩的目的。大截面惯性矩。利用组合结构可以达到增大惯性矩的目的。 由于承重的需要或构造上的原因而在工程施工中广为应由于承重的需要或构造上的原因而在工程施
69、工中广为应由于承重的需要或构造上的原因而在工程施工中广为应由于承重的需要或构造上的原因而在工程施工中广为应用的组合压杆（如桥梁的上弦杆、厂房的双支柱、无线电桅用的组合压杆（如桥梁的上弦杆、厂房的双支柱、无线电桅用的组合压杆（如桥梁的上弦杆、厂房的双支柱、无线电桅用的组合压杆（如桥梁的上弦杆、厂房的双支柱、无线电桅杆和起重塔吊等），通常是由两个型钢（肢杆）用若干联接杆和起重塔吊等），通常是由两个型钢（肢杆）用若干联接杆和起重塔吊等），通常是由两个型钢（肢杆）用若干联接杆和起重塔吊等），通常是由两个型钢（肢杆）用若干联接件相联组成的件相联组成的件相联组成的件相联组成的“ “空腹柱空腹柱空腹柱空腹柱
70、” ”，按其联接件形式分缀条式和缀板，按其联接件形式分缀条式和缀板，按其联接件形式分缀条式和缀板，按其联接件形式分缀条式和缀板式两种。式两种。式两种。式两种。 蘸拆初叛埠沸应卖镍纠彦芋缅摇琐鲍钾嘴敏稗奏虾毡挡匆堂七瘸砍韭币邪结构的稳定计算结构的稳定计算68缀条式缀条式缀条式缀条式：用角钢或小型槽钢与：用角钢或小型槽钢与：用角钢或小型槽钢与：用角钢或小型槽钢与肢杆连成桁架式。缀条与肢肢杆连成桁架式。缀条与肢肢杆连成桁架式。缀条与肢肢杆连成桁架式。缀条与肢杆的连接视为铰结。杆的连接视为铰结。杆的连接视为铰结。杆的连接视为铰结。缀板式缀板式缀板式缀板式：用条形钢板将肢杆连：用条形钢板将肢杆连：用条形
71、钢板将肢杆连：用条形钢板将肢杆连成封闭刚架形式。缀板与肢成封闭刚架形式。缀板与肢成封闭刚架形式。缀板与肢成封闭刚架形式。缀板与肢杆的连接视为刚结。杆的连接视为刚结。杆的连接视为刚结。杆的连接视为刚结。缀合构件通常有两种形式：缀合构件通常有两种形式：缀合构件通常有两种形式：缀合构件通常有两种形式：歹辜屁奸婆爆羔就你蓖苑蟹氏纪妙饯侄推过繁威泄瑞今厄纤避津场权物绘结构的稳定计算结构的稳定计算69组合压杆的横截面组合压杆的横截面组合压杆的横截面组合压杆的横截面yyxx当绕当绕当绕当绕 y-y 轴失稳时，临界荷载的轴失稳时，临界荷载的轴失稳时，临界荷载的轴失稳时，临界荷载的计算与实腹杆相同。计算与实腹杆
72、相同。计算与实腹杆相同。计算与实腹杆相同。当绕当绕当绕当绕 x-x 轴失稳时，由于缀合构轴失稳时，由于缀合构轴失稳时，由于缀合构轴失稳时，由于缀合构件的连接，截面惯性矩增大，但件的连接，截面惯性矩增大，但件的连接，截面惯性矩增大，但件的连接，截面惯性矩增大，但剪切变形也增大，使得临界荷载剪切变形也增大，使得临界荷载剪切变形也增大，使得临界荷载剪切变形也增大，使得临界荷载值相应下降。值相应下降。值相应下降。值相应下降。组合压杆稳定性分析的关键在于确组合压杆稳定性分析的关键在于确组合压杆稳定性分析的关键在于确组合压杆稳定性分析的关键在于确定整体剪切变形对临界荷载的影响定整体剪切变形对临界荷载的影响
73、定整体剪切变形对临界荷载的影响定整体剪切变形对临界荷载的影响涅全耽今提绽羔嘿砖椽剃视垛泻辟滞狗圈极淮增剿填舵螟拼书叔酣质抚蝎结构的稳定计算结构的稳定计算70弯矩产生的曲率弯矩产生的曲率弯矩产生的曲率弯矩产生的曲率 剪力产生的附加曲率剪力产生的附加曲率剪力产生的附加曲率剪力产生的附加曲率 截面形状系数截面形状系数矩形截面为矩形截面为1.2圆形截面为圆形截面为1.11一、剪切变形对临界荷载的影响一、剪切变形对临界荷载的影响微元体分析微元体分析剪切变形剪切变形圾同氟肛邢雄烤监耘冕考减措富牲下袁畏啊国钝月扭距税勤士牺蕊捌枉诊结构的稳定计算结构的稳定计算71对两端铰支杆压杆（对两端铰支杆压杆（对两端铰支
74、杆压杆（对两端铰支杆压杆（F FR R=0=0） 所以所以所以所以 FPFRyxO烫斯僻述兑蔫奎鲸烙俏堪速捐杀帮腹栓扫将篡倪炉小溶馒值教劣溪与廖岳结构的稳定计算结构的稳定计算72为不计剪变临界欧拉力为不计剪变临界欧拉力为不计剪变临界欧拉力为不计剪变临界欧拉力 剪力修正系数剪力修正系数剪力修正系数剪力修正系数实体压杆实体压杆中剪力对临界荷载的影响很小，可略中剪力对临界荷载的影响很小，可略去不计。但对去不计。但对组合压杆组合压杆必须考虑剪切影响必须考虑剪切影响几步交途傈揍逃厦怠抬隐斩瑟环缚发维阎站汲愤下勉懈家缮巷驴硷识滋唱结构的稳定计算结构的稳定计算73二、缀条式组合压杆的临界荷载二、缀条式组合压
75、杆的临界荷载首先取压杆的一个节间分析首先取压杆的一个节间分析首先取压杆的一个节间分析首先取压杆的一个节间分析 当剪切角不大时当剪切角不大时当剪切角不大时当剪切角不大时 通常肢杆的横截面面积远大于缀条的通常肢杆的横截面面积远大于缀条的通常肢杆的横截面面积远大于缀条的通常肢杆的横截面面积远大于缀条的横截面面积，因此只需计入缀条的影横截面面积，因此只需计入缀条的影横截面面积，因此只需计入缀条的影横截面面积，因此只需计入缀条的影响。相邻节间共用一对缀条，故计算响。相邻节间共用一对缀条，故计算响。相邻节间共用一对缀条，故计算响。相邻节间共用一对缀条，故计算时只需计算图中的一对横杆。时只需计算图中的一对横
76、杆。时只需计算图中的一对横杆。时只需计算图中的一对横杆。 x消仲檀溜萄映纷硒互遭疏棍尚躬骚搞柒蒲偷奴稠凸趾垫虫著破愧挺殖掷奋结构的稳定计算结构的稳定计算74设设 Ap-水平缀条截面积水平缀条截面积. .xAq-倾斜缀条截面积倾斜缀条截面积. .及上胺乏捻闰秉置拘蚌椿蛋涸厢毫佃泉蛛绍宛捧犁险卒簇烟己蘑疤杆列习结构的稳定计算结构的稳定计算75若略去横杆影响，两侧都有缀条，则上式为若略去横杆影响，两侧都有缀条，则上式为: :署锅鞍替伟镜遗句疲青泥谅蛆尾兰郡垂锄讥矽药摊约盾承尤宅升吏溅坑纪结构的稳定计算结构的稳定计算76若用若用r 代表两肢杆截面对整个截面形心轴代表两肢杆截面对整个截面形心轴 x 的回
77、转半径的回转半径, ,即即并且并且, ,一般一般为为303060,60,故可取故可取并引入长细比并引入长细比若采用换算长细比若采用换算长细比h , ,则有则有上式既是钢结构规范中推荐的缀条式组合压杆换算长细上式既是钢结构规范中推荐的缀条式组合压杆换算长细比的公式比的公式. .慰蹿既垦狠猩坠良袭初傈逮醛派题评味孔吩歼疵痘即碍隶悍寥搽脯状欲凶结构的稳定计算结构的稳定计算771/21/21/21/2三、缀板式组合压杆的临界荷载三、缀板式组合压杆的临界荷载将缀板式组合压杆视为单跨多层刚架，近似认为将缀板式组合压杆视为单跨多层刚架，近似认为将缀板式组合压杆视为单跨多层刚架，近似认为将缀板式组合压杆视为单
78、跨多层刚架，近似认为肢杆由剪力作用引起的弯曲变形的反弯点位于相肢杆由剪力作用引起的弯曲变形的反弯点位于相肢杆由剪力作用引起的弯曲变形的反弯点位于相肢杆由剪力作用引起的弯曲变形的反弯点位于相邻结点的中点处。邻结点的中点处。邻结点的中点处。邻结点的中点处。 111/21/21/21/2IbId首先取压杆的一个层间分析首先取压杆的一个层间分析首先取压杆的一个层间分析首先取压杆的一个层间分析 惩舒域锤讶悉蓄饲称宗两恿敦睛篇席谱佛藕棺闸溃桑茁磷滴职店强萍忙隋结构的稳定计算结构的稳定计算78一般缀板的弯曲线刚度远大于肢杆的弯曲线刚度，一般缀板的弯曲线刚度远大于肢杆的弯曲线刚度，一般缀板的弯曲线刚度远大于肢
79、杆的弯曲线刚度，一般缀板的弯曲线刚度远大于肢杆的弯曲线刚度，当略去缀板的变形影响时当略去缀板的变形影响时当略去缀板的变形影响时当略去缀板的变形影响时若近似的以若近似的以若近似的以若近似的以1 1代替代替代替代替0.830.83，则，则，则，则薄谍助敢尿迢劣深邓价濒卓域几精厉抬纲嗣缘晒詹陨琳倦湛倪摊绊敞牲镀结构的稳定计算结构的稳定计算79长细比为长细比为长细比为长细比为计算长度系数计算长度系数计算长度系数计算长度系数这就是钢结构设计规范中给出的缀板式双肢组合这就是钢结构设计规范中给出的缀板式双肢组合这就是钢结构设计规范中给出的缀板式双肢组合这就是钢结构设计规范中给出的缀板式双肢组合压杆换算长细比
80、的计算公式。压杆换算长细比的计算公式。压杆换算长细比的计算公式。压杆换算长细比的计算公式。蚂仿讥店弄珠猪了羚诱法捆晶求活七秤瞳供咕十先锁烦寇甚弛改拉追赂匿结构的稳定计算结构的稳定计算80四、提高临界荷载值的措施四、提高临界荷载值的措施 为了提高压杆承载能力，必须综合考虑杆长、支承、截为了提高压杆承载能力，必须综合考虑杆长、支承、截面的合理性以及材料性能等因素的影响。可能的措施有以下面的合理性以及材料性能等因素的影响。可能的措施有以下几方面：几方面：（1）尽量减少压杆杆长）尽量减少压杆杆长 对于细长杆，其临界对于细长杆，其临界荷载与杆长平方成反比。荷载与杆长平方成反比。因此，减少杆长可以显著因此
81、，减少杆长可以显著地提高压杆承载能力，在地提高压杆承载能力，在某些情形下，通过改变结某些情形下，通过改变结构或增加支点可以达到减构或增加支点可以达到减小杆长从而提高压杆承载小杆长从而提高压杆承载能力的目的。能力的目的。FPABCDEFPABCDE艾脯秽毒朗抹捷磅合侧温面漏围捻购焙颖孝叔札院篓述纯旧妈瓦晌食元匈结构的稳定计算结构的稳定计算81（2）合理选择截面形状）合理选择截面形状 当压杆两端在各个方向弯曲平面内具有相同的约束条件时当压杆两端在各个方向弯曲平面内具有相同的约束条件时, ,压杆将在刚度最小的平面内弯曲。最经济的办法是尽量加大压杆将在刚度最小的平面内弯曲。最经济的办法是尽量加大截面的
82、惯性矩。并使截面对各个方向轴的惯性矩均相同。截面的惯性矩。并使截面对各个方向轴的惯性矩均相同。 当压杆端部当压杆端部在不同的平面内在不同的平面内具有不同的约束具有不同的约束条件时，应采用条件时，应采用最大与最小惯性最大与最小惯性矩不等的截面，矩不等的截面，并使惯性矩较小并使惯性矩较小的平面内具有较的平面内具有较强刚性的约束。强刚性的约束。滔蓝除俯皇阁害伪患街褥书泞剩膛量豺写勿缄郊辖蔬冗瘤量芜怎衍栓讲旷结构的稳定计算结构的稳定计算82（3）改善杆端的约束情况）改善杆端的约束情况杆端约束刚性越强，压杆的长度系数越小，临界荷载值就越大。杆端约束刚性越强，压杆的长度系数越小，临界荷载值就越大。因此尽可
83、能加强杆端约束的刚性，可使压杆的稳定性得到提高。因此尽可能加强杆端约束的刚性，可使压杆的稳定性得到提高。 yxFPFPyxFPyx棒掀赫朗终咕绷大俐请斋魄嘱精捣庐泽艰掖荔谩境蕾蚁念肆琴拄寂晾方诲结构的稳定计算结构的稳定计算83（4）合理选用材料）合理选用材料 在其他条件均相同的条件下，选用弹性模量大的材料，可以提在其他条件均相同的条件下，选用弹性模量大的材料，可以提高细长压杆的承载能力。例如钢杆临界载荷大于铜、铸铁或铝制压高细长压杆的承载能力。例如钢杆临界载荷大于铜、铸铁或铝制压杆的临界载荷。但是，普通碳素钢、合金钢以及高强度钢的弹性模杆的临界载荷。但是，普通碳素钢、合金钢以及高强度钢的弹性模
84、量数值相差不大。因此，对于细长杆，若选用高强度钢，对压杆临量数值相差不大。因此，对于细长杆，若选用高强度钢，对压杆临界载荷影响甚微，意义不大，反而造成材料的浪费。界载荷影响甚微，意义不大，反而造成材料的浪费。 但对于粗短杆或中长杆，其临界载荷与材料的比例极限或屈服但对于粗短杆或中长杆，其临界载荷与材料的比例极限或屈服强度有关，这时选用高强度钢会使临界载荷有所提高。强度有关，这时选用高强度钢会使临界载荷有所提高。椽喇甭俺柒鉴文桌彬蔷偏沤郧镣唯瞬誊晨峰掳型熙唬碟咯祭厅二偏杠杂料结构的稳定计算结构的稳定计算84End失失稳形式形式分支点失分支点失稳极极值点失点失稳采用理采用理论小小挠度理度理论大大挠度理度理论平衡状平衡状态稳定平衡状定平衡状态不不稳定平衡状定平衡状态随遇平衡状随遇平衡状态总结总结总结总结绍路娠翼肚糖玉坍叁赛旨菲寥旱塌丑解俊奇挖炭秸伶渝壬氏龄温璃写寝闯结构的稳定计算结构的稳定计算85
