钢结构设计中的稳定问题.ppt

刚性结构 柔性结构 刚性结构 柔性结构 计算长度方法，对于刚度较大的规则结构，计算长度按现行钢结构规范确定，对于刚度较大的不规则结构，杆件的计算长度未知，按线性特征值分析确定结构中各构件的计算长度，进行稳定设计是合理的。 二阶弹性分析方法，不仅适用于刚度较大的结构，而且也适用于刚度较柔的规则结构，但对于刚度较柔的不规则结构，会产生较大误差。 对于刚度较大的结构，计算长度方法和二阶弹性分析方法所得结果接近，而对于刚度较柔的结构，计算长度方法与二阶弹性分析方法得结果之间的误差较大，这说明计算长度方法不适用于刚度较柔的结构。 基于可靠度的钢结构体系稳定设计方法，对于刚度较大的结构，稳定验算结果与计算长度方法和二阶弹性分析方法所得结果接近，而对于刚度较柔的规则结构，则和二阶弹性分析方法所得结果接近，这说明本文所提出得稳定设计方法是正确可靠的。 基于可靠度的钢结构体系稳定设计方法 适用与各种结构体系，且保证结构稳定设计的可靠性。 结论: * ? 均匀受压边缘加劲板有效宽度分布 冷弯型钢构件用相对较少材料承受较大的外载，不是单纯用增大截面面积， 而是通过改变截面形状的方法获得。称之高效截面型钢（承载示意图 ） 承载能力比较图 2. 力学性能 （1）室温成型，截面材料产生冷弯效应。 （2）壁薄截面板件宽厚比 b/t较大，易出现局部屈曲，设计时必须利用屈后强度。 （3）开口单轴对称截面较多，抗扭性能较弱。 （4）截面不遵守刚周边假定的其他破坏，如腹板折曲,宽翼缘卷曲等。 （5）钢材设计强度f: 冷弯型钢： 热轧型钢： （6）蒙皮效应 屋面或墙面板件与周边构件共同工作导致的结构抵抗荷载的刚度性能提高 效应称为蒙皮效应。 规范GB50018仅给出考虑蒙皮效应设计原则。若设计时不考虑蒙皮效应， 可视作结构的安全储备，偏安全。 （7）冷弯效应 冷弯型钢由于冷加工使截面弯角部分材料出现冷工硬化现象,即强度提高, 塑性降低。 原因: 冷加工使材料达塑性变形，材料结构变化，出现应变硬化和应变时效。 （二）板件的局部屈曲,超屈曲强度和有效宽度计算1.板件局部屈曲 （1）板件分类: 二边支承板（加劲板)(stiffened element），如图中所示s.c.e. 板 一边支承、一边自由板（未加劲板unstiffened element）,如图中u.c.e.板 一边支承、一边带卷边板(部分加劲板partial stiffened element)，如图中s.c.板 中间加劲板(multiple-stiffened element)（二边支承） 压力作用下，截面发生波曲变形的现象称为局部失稳。 根据薄板小变形弹性论，板件局部屈曲时的临界应力fcr为： 2.板件超屈曲强度和有效宽度 （1）板件超屈曲强度 板件达到临界应力fcr后，板面出现波曲， 但并不破坏，它可继续承受外载，这种现象 称之板件的超屈曲强度或屈曲后强度。 板件的超屈曲强度主要由于 板件的横向薄膜效应形成的， 板件的横向如同一系列横杆， 限制着板的变形发展。板件的 宽厚比w/t越大，其超屈曲强度 也越大。 （2）板件屈曲后应力分布 板件屈曲后应力分布不均匀（二支承边处大于中央部位），直至板边缘应力达屈服强度Fy，板达极限强度。 （3）板件屈曲后强度计算和有效宽度概念 板件的超屈曲强度理论分析要应用板的大变形理论，其微分方程式为： F = 应力函数 有效宽度法的思路是：将沿板宽W方向上不均匀的应力分布，假设为以板边缘最大应力fmax均匀分布在一个假想的有效宽度b上。这个有效宽度b可由非均匀应力分布的曲线面积和二块均匀应力fmax矩形面积相等所确定。即： *卡门公式（Karman）1932 卡门有效宽度是一个定值，与材料性能有关，与实际板宽无关 早期用于航空结构，用于建筑结构中应做修正。 取k=4.0，μ=0.3， E=2.06×105N/mm2，Fy=235 N/mm2 得：b=56t (日本规范取b=50t） （4）有效宽度计算公式 * 美国AISI规范Winter有效宽度b公式: fmax板边缘实际最大应力，fmax=Fy或f； Winter公式实际是卡门修正公式； b与板件实际宽度w有关，与屈曲系