钢结构工程事故原因之————失稳

建筑工程中钢结构的事故按破坏形式可分为:钢结构失稳,钢结构的脆性断裂,钢结构承载力和刚度失效,钢结构疲劳破坏和钢结构的腐蚀破坏等几种。他们其中有些是属于突然性的脆性破坏,有些属于可提前发现的延性破坏。

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.丧失局部稳定和丧失整体稳定性。钢结构一旦发生失稳破坏,破坏速度极快,来不及采取补救措施。后果较严重。

钢结构脆性破坏发生时,应力通常都远小于钢材的屈服强度,破坏前没有显著变形,吸收能量很小,破坏突然发生,无事故征兆,断口平齐光亮。

钢结构承载力失效指正常使用状态下结构构件或连接因材料强度被超越而导致破坏。主要原因通常有以下几种:(1)超载或者受荷方式改变,超过结构构件的设计应力强度。(2)连接构件发生破坏等

钢结构疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在拉力远小于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程。

疲劳破坏断口一般有疲劳区和瞬断区,疲劳区记录了裂缝扩展和闭合的过程;瞬断区反应力了脆性断裂的特点。

生锈腐蚀将会引起构件截面减小,承载力下降,因腐蚀产生的锈坑将使钢结构的脆性破坏的可能性增大。

在各种钢结构发生破坏的种类中,钢结构失稳破坏是最常见的一种。例如上半年,泉州某处一酒店发生整体垮塌,垮塌原因是建筑物由原四层违法增加夹层改建成七层,达到极限承载能力并处于坍塌临界状态,加之事发前对底层支承钢柱违规加固焊接作业引发钢柱失稳破坏,导致建筑物整体坍塌。

失稳指结构因微小干扰而失去原有平衡状态、并转移到另一新的平衡状态。这是上学时,老师教我的。失稳不同于强度破坏,举个例子就能让大家很容易的区分强度破坏和稳定破坏。大家拿个吸管立在桌上,用手压一下吸管,是不是吸管很容易就被压弯了,此时吸管发生的就是稳定破坏,如果你不压,而是两个手拉吸管,一般人应该是拉不坏的,如果你可以,那么此时吸管发生的就是强度破坏。

说到稳定承载力,就不得不提经典的欧拉公式:

一个轴压构件,其屈曲承载力可通过上面的公式计算出来,我们把这个公式拆解开了,左边的Pcr是构件的屈曲承载力,当外荷载P不大于Pcr时,构件就不会屈曲,所以泉州酒店垮塌,外界荷载P的增加肯定是一个原因,不管是敲掉承重墙、还是加建夹层,都是造成外荷载P增大的原因。

这个大家都懂,记不住的同学看下图。

常用结构的弹性模量见下表格,大家可以看出来,如果是同样的300x300的方柱截面,同等情况下,混凝土结构的屈曲承载力是高于木材的。

对于截面的惯性矩,它其实就是衡量结构构件尺寸的一个标尺。大家不用死记,但是要有基本的力学概念。

对于矩形或者工字型截面,存在着强轴和弱轴之分,例如下图的构件受到轴压力,那么构件会往哪个方向失稳呢?显然会往弱轴方向失稳。因此稳定承载力控制的竖向构件优先采用圆管和方钢管的截面。前者可以做到各向等强,后者可以做到XY两个方向等强。

这个概念相当重要,L就是该轴压杆件的实际几何长度,在一个计算方向的取值,通长取侧向约束点的距离,因此下图中左侧杆件的几何长度是右侧的2倍,因此屈曲承载力左侧只是右侧的1/4,因为屈曲承载力和杆件长度的平方成对应关系,所以增加侧向约束是提高构件屈曲承载力的有效手段。

但是在计算屈曲承载力的时候用的是μL,就是相当长度,简单理解μ就是考虑外界对受力构件的约束。外界约束越强,那么μ就越小,构件的屈曲承载力就越大。

给出典型的受压杆件μ的取值如下表,此参数表达的意思是外界约束的不同,杆件的失稳模态就会不一样,因此造成承载力的差别。

因此有人说泉州酒店是钢结构梁柱节点发生破坏,造成钢梁给钢柱的侧向约束下降,造成钢柱的稳定计算长度增加导致钢柱失稳发生破坏。大家应该就明白是什么原理了吧。

那么大家该有疑问了,如果在设计梁柱结构体系,梁对柱的约束并不是典型的铰接或者刚接,那么计算长度系数μ该怎么取呢。其实也很简单,大家可以用SAP2000对结构进行建模,然后对你感兴趣的穿层柱或者细长柱进行buckling分析,得到屈曲因子,那么就可以得到该杆件的Pcr,再利用下图中的公式,反算出μ即可。这块就不做过多讲解,大家有不明白操作流程的可以私信解答。

欧拉公式讲解的差不多了,接下来我们谈谈双非线性的问题,即材料非线性和几何非线性。所谓的材料非线性通长就是指材料的本构关系并不是一条直线,典型的钢材本构关系见下图,由于我们日常设计中构件通常都是在弹性阶段,因此材料非线性我们就不多说了。

当结构的变位使体系的受力发生了显著的变化,以至不能采用线性体系的分析方法时就称为几何非线性。说到这个就不得不提初始缺陷的问题。

当杆件没有初始缺陷时,其荷载位移曲线是下图这样的,到达临界荷载前,结构是没有变形的,达到临界屈曲荷载时,有概率往任何一个方向失稳。

任何杆件加工时一定都是有一定的初始缺陷的,如果杆件有个初始的弯曲度,那结构的荷载位移曲线就变成这样了,这个才是更加符合实际。即该杆件由于几何初始缺陷的影响造成杆件的变形随着荷载的增加越来越大,杆件最终的承载力实际是达不到临界屈曲荷载值的。

因此做为结构工程师在进行上面的结构的设计时,可以将它做成向左有一定初始偏心的机构,这样子它的后屈曲性能是稳定的,结构比较安全。

对于初学者可以联系用ABAQUS对上面的结构进行荷载位移曲线模拟,看看是否可以算出结构的下降段,对加深稳定理解是有帮助的。

THE END
1.门庭柱子如何装修土巴兔装修问答平台为网友提供各种门庭柱子如何装修问题解答.土巴兔装修问答汇聚海量业主的装修经验和智慧,迅速为业主解决门庭柱子如何装修的困惑https://www.to8to.com/ask/search/565823
2.背景墙有柱子怎么装修背景墙有柱子怎么装修 背景墙有柱子的装修可以通过以下几种方式来处理: 如何将柱子融入到背景墙的设计中 可以考虑在柱子上使用相同的材料进行包裹,使其与背景墙形成一体。可以选择用相同的颜色来涂刷柱子和背景墙,以达到和谐统一的效果。可以在柱子周围加装一些装饰物,如壁画、挂饰或镜子,来转移视线,使柱子不再显得突http://www.hjjqw.cn/price/q42318.html
3.住宅立面设计策略:「画框式」表现手法!!建E网设计资讯捕捉立面趋势,如今「画框式立面」越来越高频进入视野,将外立面划分成一面面精致的画框,减少建筑厚重感,使建筑身姿挺拔、更轻盈、更具有线条美感,让现代感铺面而来。 这是建筑之美,艺术之美,更是匠心之美。 1 直角画框 直角画框,通过缩窄建筑外框,采用大面玻璃结合“超纤细”线条,让立面更简洁,更高窗墙比的设计http://news.justeasy.cn/news/20004.html
4.某轻钢结构厂房正在进行柱子的安装施工,施工单位根据施工现场的某轻钢结构厂房正在进行柱子的安装施工,施工单位根据施工现场的具体情况采用一点正吊,吊耳放在柱子中心处,起重机在起吊过程中起重臂不转动,只升钩,在起升过程中柱脚沿地面滑行逐渐直立,然后插入杯口。厂房施工后期因原先使用的起重机出故障临时换了一台臂杆长度比柱长略短的起重机,因此只好将吊点放在柱长2/3处https://www.shuashuati.com/ti/6cd1119828194821846ffbc0de9404bd.html?fm=bdda43a621e04f456b39be6dd930ade1fc
5.钢结构檩条安装和打彩钢瓦每平米价格?其他钢结构屋面挂瓦怎么安装?有网友了解吗? 钢结构柱子和梁檩条安装完毕后,在檩条上安装保温层,在保温层上敷设屋面彩钢板。 最新问答 钢结构墙面板中窗户什么 时候安装 2人回答 想问一下一般装修多少钱? 1人回答 家用回水泵安装 1人回答 装箱机与装盒机区别 1人回答 整栋楼卫生间地梁都超高,需要整改。装https://m.sj456.cn/ask/6219597.html
6.自建房屋如何加固?自建房屋抗震加固技巧大全(4)角钢加固:适用于新开洞口、柱子、梁加固等。 (5)碳纤维加固:适用于新开洞口、梁、楼板、柱子、墙体、挑阳台等。 (6)碳纤维板加固:适用于新开洞口、梁、楼板、柱子、墙体、挑阳台等。 (7)加大截面加固:适用于梁、柱子、墙体等。 9.钢结构加固 https://m.bao315.com/xt/171301.html
7.柱子饰面材料有哪些包柱子用什么材料好→MAIGOO知识花岗石具有很强的耐久性和耐磨性能,且耐酸性能良好,因此它是室内外柱子装修的高档用材。砂岩石是天然石材较为特殊的一种,其表面颗粒感强,不但具有质硬耐久的特性,而且富有质朴均匀的表面质感、朴素自然的色彩,它应用于室内外的柱子装饰上,极具典雅的韵味。https://m.maigoo.com/goomai/209110.html
8.《装配式钢结构住宅建筑技术标准》JGJ/T46920193.0.6 装配式钢结构住宅建筑的外围护系统应根据当地气候条件选用质量可靠、经济适用的材料和部品,并应选用技术成熟的施工工法进行安装。 3.0.7 装配式钢结构住宅建筑设计宜遵循建筑全寿命期中使用与维护的便利性原则,设备管线与主体结构应分离,管线更换或装修时不应影响结构性能。 https://www.lanfanglian.com/gfxq/210
9.门式钢架轻型钢结构施工组织设计20230820064625.docx门式钢架轻型钢结构施工组织设计 技术部分目录 一、施工组织设计第一章编制说明第二章工程概况及特点第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章附表:主要施工机械施工部署施工总平面布置及管理施工进度计划主要分部分项工程施工方法工程保证安全生产、文明施工、环保等的技术措施质量保证措施施工工期的保证措施https://max.book118.com/html/2023/0820/8004016132005122.shtm
10.www.ptzfcg.gov.cn/upload/document/20180403/4f5a5ec49a2a4a899(1)投标人除了应遵守政府采购法及实施条例、政府采购招投标管理办法及财政部、福建省财政厅有关政府采购文件的规定外,还应遵守有关法律、法规和规章的强制性规定。 (2)投标人的资格要求:详见招标文件第一章。 3.2若本项目接受联合体投标且投标人为联合体,则联合体各方除了应遵守本章第3.1条规定外,还应遵守下列http://www.ptzfcg.gov.cn/upload/document/20180403/4f5a5ec49a2a4a899f4259e19a26f5b2.html
11.外立面造型钢结构图集–设计本装修效果图设计本为您提供外立面造型钢结构图集高清大图与设计说明、设计师联系方式,更多外立面造型钢结构图集尽在设计本作品频道。https://www.shejiben.com/works/726012/
12.门式刚架轻型房屋钢结构采用砌体外围护墙时的抗震设计外围护墙体宜采用外贴式并与柱可靠拉结。砌体围护墙宜在柱顶处设圈梁一道;8、9度时应按上密下稀的原则每隔4m左右在窗顶设置一道圈梁。门式刚架轻型房屋钢结构采用砌体外围护墙时的抗震设计,必须从抗震计算及构造措施两方面入手,在计算上必须概念清晰,模型正确;在构造措施上必须予以足够重视,同时加强连接措施及墙体http://www.yueqikan.com/kuangyelw/5083.html