提高壓桿穩(wěn)定性的措施

1、提高壓桿穩(wěn)定性的策略首先援引課本中的“壓桿穩(wěn)定性的概念”：“在第二章研究受壓直桿時，認(rèn)為其之所以破壞是由于強(qiáng)度不夠造成的，即當(dāng)橫截面上的正應(yīng)力達(dá)到材料的極限應(yīng)力時，壓桿就發(fā)生破壞。實踐表明，這對于粗而短的壓桿是正確的，但對于細(xì)長的壓桿，情況并非如此。細(xì)長壓桿的破壞并不是由于強(qiáng)度不夠，而是由于荷載增大到一定數(shù)值后，不能保持其原有的直線平衡形式而失效。”故“提高壓桿穩(wěn)定性”即“令受壓桿件能夠更好地保持其原有的直線平衡形式”，表觀上體現(xiàn)為“提高壓桿臨界力”。由臨界力公式其中 為圓周率E為壓桿材料的彈性模量I為壓桿截面的形心主慣性矩為長度因數(shù)L為壓桿長度桿件又分細(xì)長桿（大柔度桿）、中長桿（中柔度桿）、

2、和短桿（小柔度桿）短桿實際上發(fā)生的是強(qiáng)度破壞。故要使增大，可以采取以下措施：采用合理的材料制作壓桿（選擇合適的E）。選擇彈性模量高的材料，如優(yōu)質(zhì)鋼，各種復(fù)合材料等。但是由于各種鋼材的彈性模量相差不大，所以當(dāng)細(xì)長壓桿要選用鋼材時，僅僅出于穩(wěn)定性的要求而選用高強(qiáng)度鋼材制作細(xì)長壓桿是不經(jīng)濟(jì)的；對于中長桿采用高強(qiáng)度材料才能夠比較明顯地提高穩(wěn)定性。采用合理截面形式（使增大）。由于桿件一般處于空間受力狀態(tài)或雙向平面受力狀態(tài)，故壓桿穩(wěn)定性總是受限于穩(wěn)定性最差的一個方向，即決定于截面的。當(dāng)截面面積不變時，可改變截面形狀，盡量使其形心主慣性矩相等或相近，這樣壓桿在各個方向就具有相近的穩(wěn)定性，下面舉例說明：由兩個

3、槽型鋼組成的截面，左邊的截面形式若間距控制得不好，會使得，若將其換成右邊的形式則可使得，更有利于維穩(wěn)。而在截面形心主慣性矩相等或相近的前提下，可保持截面面積不變，增大I值。如將實心圓截面改為面積相等的空心圓截面就更合理。而從截面角度出發(fā)提高整體穩(wěn)定性的方法還有：添加綴條。使用添加綴條的方法提高組合壓桿的整體穩(wěn)定性時，需要注意使每個分支都和整體具有相同的穩(wěn)定性，設(shè)計才是合理的。否則，由于分支也是壓桿，若某一分支穩(wěn)定性較弱，發(fā)生失穩(wěn)，將會導(dǎo)致整體失效。減小相當(dāng)長度和增強(qiáng)桿端約束（使L減小，減?。?。壓桿的穩(wěn)定性隨桿長的增加而降低，因此應(yīng)盡量降低桿的相當(dāng)長度，例如在桿中間設(shè)置中間支承。另，將桿端約束增

4、強(qiáng)，可減小長度因數(shù)值，亦可增強(qiáng)桿件穩(wěn)定性。例如在支座處焊接或鉚接支撐鋼板；將固定鉸支座增強(qiáng)為固定端；在不同受力方向采用相同約束等。工程上，有許許多多重大事故就是因為工程師在設(shè)計結(jié)構(gòu)時沒有對壓桿穩(wěn)定性有足夠的認(rèn)識或重視造成的。當(dāng)今，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的各種優(yōu)異性能，世界各地大范圍地采用各種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、建造各種鋼結(jié)構(gòu)建筑，如鳥巢等。然而，穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)最突出的問題。長期以來，許多工程技術(shù)人員對強(qiáng)度概念認(rèn)識清晰，對穩(wěn)定概念認(rèn)識淡薄，并且存在著強(qiáng)度重于穩(wěn)定的錯誤思想。因此，人們在大量的、連接不斷的、令人措手不及的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故中付出了慘痛的代價，得到了嚴(yán)重的教訓(xùn)。鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故分為整體失穩(wěn)事故和局部失

5、穩(wěn)事故兩大類，其各自產(chǎn)生的原因如下：整體失穩(wěn)事故原因： 1設(shè)計錯誤設(shè)計錯誤主要與設(shè)計人員的水平有關(guān)。如缺乏穩(wěn)定概念；穩(wěn)定驗算公式錯誤；只驗算基本構(gòu)件穩(wěn)定從而忽視整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗算；計算簡圖及支座約束與實際受力不符，設(shè)計安全儲備過小等等。2制作缺陷制作缺陷通常包括構(gòu)件的初彎曲、初偏心、熱軋冷加工以及焊接產(chǎn)生的殘余變形。各種缺陷將對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力產(chǎn)生顯著影響。3臨時支撐不足鋼結(jié)構(gòu)在安裝過程中，當(dāng)尚未完全形成整體結(jié)構(gòu)之前，屬幾何可變體系，構(gòu)件的穩(wěn)定性很差。因此必須設(shè)置足夠的臨時支撐體系來維持安裝過程中的整體穩(wěn)定性。若臨時支撐設(shè)置不合理或者數(shù)量不足，輕則會使部分構(gòu)件喪失穩(wěn)定，重則造成整個結(jié)構(gòu)在施工過

6、程中倒塌或傾覆。4使用不當(dāng)結(jié)構(gòu)竣工投入使用后，使用不當(dāng)或意外因素也是導(dǎo)致失穩(wěn)事故的主因。例如：使用方隨意改造使用功能，改變構(gòu)件受力，由積灰或增加懸吊設(shè)備引起的超載，基礎(chǔ)的不均勻沉降和溫度應(yīng)力引起的附加變形，意外的沖擊荷載等。局部失穩(wěn)事故原因分析局部失穩(wěn)主要針對構(gòu)件而言，失穩(wěn)的后果雖然沒有整體失穩(wěn)嚴(yán)重，但對以下原因也應(yīng)引起足夠重視。1設(shè)計錯誤設(shè)計人員忽視甚至不進(jìn)行構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗算，或者驗收方法錯誤，致使組成構(gòu)件的各類板件寬厚比和高厚比大于規(guī)范限值。2構(gòu)造不當(dāng)通常在構(gòu)件局部受集中力較大的部位，原則上應(yīng)設(shè)置構(gòu)造加勁肋。另外，為了保證構(gòu)件在運轉(zhuǎn)過程中不變形也須設(shè)置橫隔、加勁肋等，但實際工程中，加勁肋

7、數(shù)量不足、構(gòu)造不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象比較普遍。3原始缺陷原始缺陷包括鋼材的負(fù)公差嚴(yán)重超規(guī)，制作過程中焊接等工藝產(chǎn)生的局部鼓曲和波浪形變形等。4吊點位置不合理在吊裝過程中，尤其是大型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，吊點位置的選定十分重要，由于吊點位置不同，構(gòu)件受力狀態(tài)不同。有時構(gòu)件內(nèi)部過大的壓應(yīng)力將會導(dǎo)致構(gòu)件在吊裝過程中局部失穩(wěn)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，針對重要構(gòu)件應(yīng)在圖紙中說明起吊方法和吊點位置。失穩(wěn)事故的防范一設(shè)計人員應(yīng)強(qiáng)化穩(wěn)定設(shè)計理念防止鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故的發(fā)生，設(shè)計人員肩負(fù)著最重要的職責(zé)。強(qiáng)化穩(wěn)定設(shè)計理念十分必要。二制作單位應(yīng)力求減少缺陷在常見的眾多缺陷中，初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力對穩(wěn)定承載力影響最大，因此，制作單位應(yīng)通過

8、合理的工藝和質(zhì)量控制措施將缺陷減低到最小程度。三施工單位應(yīng)確保安裝過程中的安全施工單位只有制定科學(xué)的施工組織設(shè)計，采用合理的吊裝方案，精心布置臨時支撐，才能防止鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中失穩(wěn)，確保結(jié)構(gòu)安全。四使用單位應(yīng)正常使用鋼結(jié)構(gòu)建筑一方面，使用單位要注意對已建鋼結(jié)構(gòu)的定期檢查和維護(hù)，另一方面，當(dāng)需要進(jìn)行工藝流程和使用功能改造時，必須與設(shè)計單位或有關(guān)專業(yè)人士協(xié)商，不得擅自增加負(fù)荷或改變構(gòu)件受力?？傊?，通過各方的共同努力，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故可以從根本上得到解決。典型事故實例加拿大魁北克大橋因失穩(wěn)而墜毀1907年，在加拿大境內(nèi)首次建造跨越Quebec河的三跨懸臂橋，該橋的兩個邊跨各長152.4m，中跨長548

9、.64m，中跨包括了由兩個邊跨各懸伸出的長度為714.45m的桿系結(jié)構(gòu)。豈料在架橋過程中，懸伸出的由四部分分肢組成的格構(gòu)式組合截面的下弦壓桿，因新設(shè)置的角鋼綴條過于柔弱，四個角鋼綴條總的截面積只占構(gòu)件全截面面積的1.1%。因此綴條不能有效地將四部分分肢組成具有足夠抗彎剛度的受壓弦桿，組裝好的鋼橋在合龍之前，撓度的發(fā)展已無法控制，分肢屈曲在先，隨之弦桿整體失穩(wěn)，9000t中的鋼橋全部墜入河中，有75名員工遇難。該橋重建時，曾于1916年因施工問題又一次發(fā)生倒塌事故。影劇院網(wǎng)架屋蓋失穩(wěn)事例一工程概況烏恰縣影劇院是由門廳、觀眾廳和舞臺三部分組成(圖7.8、7.9)，觀眾廳屋蓋為平面尺寸27m×24m、高度2.667m的正放四角錐螺栓球節(jié)點網(wǎng)架，觀眾