钢结构的失稳有哪几类？

O我是黑蜘蛛O

2018-04-13 · 超过25用户采纳过TA的回答关注

钢结构的事故按破坏形式大致可分为：钢结构承载力和刚度失效；钢结构失稳；钢结构疲劳；钢结旦龚测夹爻蝗诧伟超连构脆性断裂和钢结构的腐蚀等几种。

1 钢结构承载力和刚度失效

1．1 钢结构承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接材料强度被超越而导致破坏。其主要原因为：

①钢材的强度指标不合格。合格钢结构设计中有两个重要强度指标：屈服强度fy；另外，当结构构件承受较大剪力或扭矩时，钢材抗剪强度fv也是重要指标。

②连接强度不满足要求。焊接连接的强度取决于是否与母材匹配的焊接材料强度、焊接工艺、焊缝质量和缺陷及其检查控制、焊接对母材热影响区强度的影响等；螺栓连接强度的影响因素为：螺栓及其附件材料的质量以及热处理效果(高强螺栓)、螺栓连接的施工技术工艺的控制，特别是高强螺栓预应力控制和摩擦面的处理、螺栓孔引起被连接构件截面的削弱和应力集中等。

③使用荷载和条件的变化。包括计算荷载的超载、部分构件退出工作引起其他构件增载、意外冲击荷载、温度变化引起的附加应力、基础不均匀沉降引起的附加应力等。

1．2 钢结构刚度失效指产生影响其继续承载或正常使用的塑性变形或振动。其主要原因为：①结构或构件的刚度不满足设计要求如轴压构件不满足长细比要求；受弯构件不满足允许挠度要求；压弯构件不满足上述两方面要求等。②结构支撑体系不够。支撑体系是保证结构整体和局部刚度的重要组成部分，它不仅对抵制水平荷载、抗振动有利，而且直接影响结构正常使用(如工业厂房当整体刚度不足时，在吊车运行过程中会产生振动和摇晃)。

2 钢结构失稳

2．1 钢结构的失稳主要发生在轴压、压弯和受弯构件。它可分为两类：丧失整体稳定性和丧失局部稳定性。两类失稳都将影响结构构件的正常使用，也可能引发其它形式的破坏。

影响结构构件整体稳定性的主要原因有：①构件整体稳定不满足要求。影响它的主要参数为长细比(λ=l／r)，其中l为构件的计算长度，r为构件截面的回转半径。应注意截面两个主轴方向的计算长度可能有所不同，以及构件两端实际支承面情况与计算支承面间的区别。②构件有各类初始缺陷。在构件的稳定分析中，各类初始缺陷对其极限承载力的影响比较显著。这些初始缺陷主要包括：初弯曲、初偏心(轴压构件)、热轧和冷加工产生的残余应力和残余变形及其分布、焊接残余应力和残余变形等。③构件受力条件的改变。

钢结构使用荷载和使用条件的改变，如超载、节点的破坏、温度的变化、基础的不均匀沉降、意外的冲击荷载等，引起受压构件应力增加，或使受拉构件转变为受压构件，从而导致构件整体失稳。④施工临时支撑体系不够。在构件的安装过程中，由于结构并未完全形成一个设计要求的受力整体或其整体刚度较弱，因而需要设置一些临时支撑体系来维持结构或构件的整体稳定。若临时支撑体系不完善，轻则会使部分构件丧失整体稳定性，重则造成整个结构的倒塌或倾覆。

2．2 影响结构构件局部稳定性的主要原因有：

①构件局部稳定不满足要求。如构件T形、槽形截面翼缘的宽厚比和腹板的高厚比大于允许偏值时，易发生局部失稳现象；在组合截面构件设计中应特别注意。

②局部受力部位加劲肋构造措施不合理。当在构件的局部受力部位，如支座、较大集中荷载作用点，没有设支承加劲肋，使外力直接传给较薄的腹板而产生局部失稳。构件运输单元的两端以及较长构件的中间如没有设置横隔，截面的几何形状不变难以保证且易丧失局部稳定性。

③吊装时吊点位置选择不当。在吊装过程中，由于吊点位置选择不当会造成构件局部较大的压应力，从而导致局部失稳。所以钢结构在设计时，图纸应详细说明正确的起吊方法和吊点位置。

3 钢结构疲劳破坏

钢结构疲劳分析时，习惯上当循环次数N<105时称为低周疲劳，N>105时称为高周疲劳。经常承受动力荷载的钢结构如吊车梁、桥梁等在工作期限内经历的循环应力次数往往超过105。钢结构构件的实际循环应力特征和实际循环次数超过设计时所采取的参数，就可能发生疲劳破坏。此外影响钢结构疲劳破坏的因素还有：所用钢材的抗疲劳性能差；结构构件中较大应力集中区；钢结构构件加工制作时有缺陷，其中裂纹缺陷对钢材疲劳强度的影响比较大；钢材的冷热加工、焊接工艺所产生的残余应力和残余变形对钢材疲劳强度也会产生较大影响。

4 钢结构脆性断裂

钢结构脆性破坏是极限状态中最危险的破坏形式之一。它的发生往往很突然，没有明显的塑性变形，而破坏时构件的应力很低，有时只有其屈服强度的0.2倍。影响钢结构脆性断裂的因素主要有：

① 钢材抗脆性断裂性能差。钢材的塑性、韧性和对裂纹的敏感性都影响其抗脆性断裂性能，其中冲击韧性起决定作用。

②构件制作加工缺陷。构件的高应力集中会使构件在局部产生复杂应力状态，它们也将影响构件局部和韧性，限制其塑性变形，从而提高构件脆性断裂的可能。

③低温和动载。随着温度降低，钢材的屈服强度fy和抗拉强度fu会有所升高，而钢材的塑性指标截面收缩率Φ却有所降低，使钢材变脆。通常把钢结构构件在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”。至于动载对钢结构脆性破坏的影响则可解释为：钢材在循环应力反复作用下生成疲劳裂纹，裂纹的扩展直至整个截面的破坏往往是很突然的，无明显塑性变形，即疲劳裂纹的扩展破坏呈脆性破坏特征。

5 钢结构腐蚀破坏

普通钢材的抗腐蚀能力比较差，这一直是工程上关注的重要问题。腐蚀使钢结构杆件净截面面积减损，降低结构承载力和可靠度，腐蚀形成的“锈蚀”使钢结构脆性破坏的可能性增大，尤其是抗冷脆性能下降。一般来说钢结构下列部位容易发生锈蚀：埋入地下及地面附近部位，如柱脚可能遭受水或水蒸气侵蚀干湿交替又未包混凝土的构件；易集灰又湿度大的构件部位；组合截面净空小于12mm，难于涂刷油漆的部位；屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点部位等。

总结] 钢结构在工程建设中已经得到广泛使用，钢结构的跨度大、有效利用空间宽广、施工进度快，工期短且经济实用。目前，钢结构已经成为与混凝土结构并列的一大建筑结构系统。实践证明，钢结构的制作工艺严格、施工要求精度高，工程实施过程中应严格控制好钢结构构件的选材、加工制作与安装。工程技术管理人员要做好分部分项工程的检查验收工作，加强施工过程中关键部位及工序的监督检查，以保证工程质量，满足工程建设的使用功能。