結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方法
2022/04/24
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是工程結(jié)構(gòu)安全性的重要內(nèi)容之一，為了確保結(jié)構(gòu)的安全，工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，除了應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度外，還需要考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下，外力和內(nèi)力保持平衡的狀態(tài)。判斷結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，要看處于平衡狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在沒有外界干擾后，是否回到初始平衡狀態(tài)的位置。能回到初始平衡位置的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，反之即不穩(wěn)定。
結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)即穩(wěn)定性失效，也就是受力構(gòu)件喪失保持穩(wěn)定平衡的能力。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件處于失穩(wěn)時(shí)，任何小的干擾都會(huì)使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生很大的變形，從而喪失承載能力，這種情況也稱為屈曲。
結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象按其發(fā)生的范圍可分為：整個(gè)結(jié)構(gòu)或其部分失穩(wěn)，個(gè)別構(gòu)件失穩(wěn)和構(gòu)件的局部失穩(wěn)；且均可分為平面內(nèi)及平面外失穩(wěn)。有時(shí)在彈性范圍內(nèi)不發(fā)生屈曲，而在全截面達(dá)到塑性以前發(fā)生彈塑性屈曲，因此可分為彈性穩(wěn)定、彈塑性穩(wěn)定與塑性穩(wěn)定。任何一種失穩(wěn)現(xiàn)象都可能使結(jié)構(gòu)不能有效地工作。
結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)有兩種基本形式：分支點(diǎn)失穩(wěn)、極值點(diǎn)失穩(wěn)。
（1）第一類穩(wěn)定問題（分支點(diǎn)失穩(wěn)）
當(dāng)荷載逐漸增加時(shí)，結(jié)構(gòu)原有的平衡形式被破壞了，并出現(xiàn)了與原平衡形式有本質(zhì)區(qū)別的新的平衡形式，由穩(wěn)定平衡轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定平衡，出現(xiàn)了穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)變。分支點(diǎn)是平衡狀態(tài)從穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的分界點(diǎn)。在分支點(diǎn)處，既可在初始位置處平衡，亦可在偏離后新的位置平衡，即平衡具有二重性。
（2）第二類穩(wěn)定問題（極值點(diǎn)失穩(wěn)）
雖不出現(xiàn)新的變形形式，但結(jié)構(gòu)原來的變形將增大或材料的應(yīng)力超過其許可值，結(jié)構(gòu)不能正常工作。失穩(wěn)前后變形性質(zhì)沒有發(fā)生變化，力—位移關(guān)系曲線存在極值點(diǎn)，達(dá)到極值點(diǎn)的荷載使變形迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壓潰。
按結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)材料所處的工作階段來說，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)可分為：彈性失穩(wěn)、彈塑性失穩(wěn)、塑性失穩(wěn)三種。其中結(jié)構(gòu)的彈性失穩(wěn)主要類型有分支點(diǎn)失穩(wěn)（第一類失穩(wěn)）和極值點(diǎn)失穩(wěn)（第二類失穩(wěn)）兩種。此外，有些結(jié)構(gòu)（如承受均布荷載的扁平拱等）還可能發(fā)生更復(fù)雜的跳躍式失穩(wěn)（稱為第三類失穩(wěn)）。
在對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和失穩(wěn)的概念和形式有了初步了解后，我們現(xiàn)在來看下，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性如何分析。目前，國(guó)內(nèi)外在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面都取得了一定的成果，發(fā)明了如弧長(zhǎng)法、廣義逆法、人工彈簧法、自動(dòng)求解技術(shù)、能量平衡技術(shù)等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方法，但是，這些方法在具體的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用中，仍然存在很多難點(diǎn)。
在實(shí)際的結(jié)構(gòu)工程中，為了快速對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，我們一般會(huì)采用結(jié)構(gòu)分析軟件STAAD，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。STAAD不僅能通過算法對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，還能分析各種結(jié)構(gòu)靜力載荷、動(dòng)力響應(yīng)、風(fēng)力和地震作用等。下面，我們一起看下STAAD有哪些具體功能。
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