摘要：我国钢铁工业的进一步发展，加之钢结构具备很多钢筋混凝土结构无法比拟的重要优势。因此这种绿色环保型钢结构日渐成为建筑结构的重要发展方向。然由于钢比混凝土的抗压强度要高很多，一旦设计时未能合理处理钢构件，都可能导致失稳现象的发生。因此文章重点就钢结构稳定问题展开一定的探索和分析。
关键词：钢结构；稳定；探索；分析
钢结构以其诸多的良好优点已经成为一种极好的建筑材料。但是对于一些存在受压区的结构或构件，如果处理不当，可能会引起钢结构的局部或者整体失稳，一旦失稳，结构或者构件的几何形状将会出现剧烈改变从而完全丧失承载能力。因此，钢结构的稳定性能是决定其承载能力的重要因素
一、钢结构失稳的类型
（1）第一类失稳，也叫平衡分岔失稳，构件会在同一荷载点出现平衡分岔现象。根据构件在屈曲后的荷载—挠度曲线变化的不同，平衡分岔失稳又可以分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳。完善的轴心受压构件和薄板的失稳都是属于第一类失稳。
（2）第二类失稳，也叫极值点失稳。具有极值点失稳的构件的荷载—挠度曲线只有极值点，没有出现如完善的轴心受压构件的不同变形状态的分岔点，构件弯曲变形的性质也没有改变。极值点失稳的现象十分普遍，偏心受压构件在弹塑性变形发展到一定程度后的失稳都属于极值点失稳。
（3）跃越失稳。跃越失稳既无平衡分岔点，又无极值点，和不稳定分岔失稳有一些相似的地方，都在丧失稳定平衡之后又跳跃到另一个稳定平衡状态。正确的区分钢结构的失稳类型，可以更好的评价结构或构件的稳定承载能力。
2钢结构稳定计算的影响因素
在设计中一般都是将钢结构看成是完善的结构体系，而事实上并非如此。影响钢结构稳定计算的因素主要有：构件的几何、物理性质不确定(如材料的弹性模量、泊松比，构件的几何尺寸，初始缺陷，残余应力等)以及数学模型、计算假设、边界条件等在现行情况下难以反映实际因素等，这些都会导致理论值与实际承载力的较大差异。文献［1］分析了弹性支承刚压杆的完善与非完善模型的稳定计算问题，得到的屈曲荷载分别是Pcr=kl和Pmax=kl(1－sin2/3θ0)3/2。两者的荷载—变形曲线非常接近，但是当缺陷增大时，Pmax将会大幅度下降，当θ0=0.1rad时，Pmax=0.695kl；当θ0=0.3rad时，Pmax=0．415kl，由此可见，初始缺陷对屈曲荷载的影响很大。
二、稳定与强度的区别
轴心受力构件的强度和稳定计算，GB50017-2003钢结构设计规范中规定分别为：σ=NAn≤f和NφA≤f，从公式的形式上看，两者差不多，但却迥然不同。强度计算是针对某个特定的截面，仅与该界面的净截面面积有关，反映了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是否超过材料的极限强度，属于应力分析；而稳定计算是针对整个结构的，构件在弹性范围内的临界力，可应用著名的欧拉公式：NE=π2EIl2，临界力与材料特性E、截面特性I以及长度l均有关，因此不再是个别截面的问题。稳定分析是要找到外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态，也就是结构或者构件的变形开始急剧增长的状态，属于变形分析。
三、钢结构稳定问题分析原则和特点
（1）着眼于整个结构的稳定来进行结构构件的布置，保证结构整体和单个构件的稳定。例如在进行平面体系的设计时，需要设计一些必要的支撑构件来保证体系不至出平面外失稳。而在进行一些不能简化为平面体系的空间结构(如网壳)进行稳定分析时，就需要作整体结构的稳定分析，计算其极限承载力。
（2）结构计算简图应和使用计算方法所依据的简图相一致。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在进行单层或者多层框架结构设计时，经常以框架柱的稳定计算来代替结构的整体稳定分析，也就是计算长度法。计算长度系数u可以通过GB50017-2003钢结构设计规范查得，因此该方法应用起来也非常方便。但是在分析时却不能简单的套用，因为该方法有其应用条件：柱顶承受对称荷载的对称框架。这样在计算非对称荷载或者非对称结构的框架，甚至是荷载、结构均不对称的框架时，就往往需要对柱的计算长度系数u进行适当的修正，才能得到比较精确的计算结果。
（3）结构稳定计算应和构造设计相符合。在涉及到稳定性时，构造上常常会有不同于强度的要求。以简支梁为例，在对其进行强度分析时，只要求铰支座能阻止梁在平面内的位移(Δx=Δy=0)，允许梁在平面内的转动(Δθ≠0)，但进行稳定分析时，还应避免梁端出现平面外的扭转而影响整体结构的稳定性。因此GB50017-2003钢结构设计规范中4.2.5条规定，梁的支座处，应采取构造措施，以防止梁端截面的扭转。
四、钢结构体系稳定问题的可靠性研究
实际结构由于存在各种各样的随机缺陷的影响，与理想结构存在差异。对于缺陷敏感性结构，缺陷可能会造成稳定性的急剧下降，所以有必要考虑随机参数的影响，引入可靠度分析方法，进行稳定问题的可靠性研究。由于大跨度钢结构体系的可靠性研究涉及较多的力学和数学知识，有一定难度，目前这方面的研究成果有限。网壳结构的稳定性的可靠性分析和设计进行了详尽的研究、丰富了结构可靠度的理论和计算方法，并将其应用与工程结构的分析和设计，显示了良好的前景。
（一）结构分析中的不确定因素来源
影响钢结构体系稳定的不确定性的基本变量许多是随机的，一般分为三类：（1）物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。（2）统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数，因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。（3）模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论与实际承载力差异，都归结为模型的不确定性。
（二）结构的可靠性研究
国内外学者对结构可靠度理论已经进行了较为深入的研究，在可靠度计算方法即复杂结构可靠度分析方面取得了很多研究成果。任何工程分析和设计的最终目的是使设计的结构在不同要求下满足不同的功能-安全性、使用性、耐久性，由于不确定性的存在，就需要把这些不确定性加入工程设计中，从而产生了很多可靠度方法。为了估计结果可靠度，首先要把解决相关荷载和抵抗力参数以及他们之间的函数关系，这种关系（又称功能函数）记作式中X1，X2…，Xn是随机变量。把极限状态（或失效面）定义为Z0，可靠度的参数可靠性指标，定义为坐标原点到失效面的最小距离，目前用于可靠性指标计算一般有两种方法：一次可靠度访法（FORM）和二次可靠度访法（SORM）。
（三）目前用于结构可靠分析的数值方法评述
对于复杂结构，功能函数g(x)通常不能明确表达为输入随机变量的函数，结构的响应通常通过数值方法（如有限元）来计算。这些数值方法一般分为三类：（1）蒙特卡罗模拟法（包括高效的取样法和方差缩减技术）；（2）响应面法；（3）基于敏感性的分析方法。
总之，钢结构的稳定问题不同于强度问题，在设计中，设计人员应了解各种情况下失稳的原理，掌握稳定设计的要领，明确结构构件的稳定性能，这样才能有效的避免失稳事故的发生。
参考文献：
[1]陈骥．钢结构稳定理论与设计[M].第3版．北京：科学出版社，2006．
[2]王佩林,李博,赵迎九.不同钢结构体系的稳定问题分析思路探讨[J].钢结构,2012,(S1)
[3]张昉,宗瑞.钢结构稳定问题分析浅议[J].山西建筑,2011,(26)
论文作者:赵维娜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/11
标签：结构论文; 钢结构论文; 稳定论文; 构件论文; 荷载论文; 分岔论文; 不确定性论文; 《基层建设》2017年第24期论文;