摘要：本文分析了鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故的發(fā)生有設(shè)計(jì)、制作、施工等各個(gè)方面的原因，提出了防止事故應(yīng)采取的對(duì)策，以達(dá)到提高工程質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；事故；處理

Abstract: this paper analyzes the steel structure instability accidents have design, production, construction, and other aspects of the reasons and puts forward the prevention of accidents some countermeasures that should be adopted, in order to achieve the purpose of improving engineering quality.

Keywords: grid structure; Accident; processing

中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1、前言

鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有強(qiáng)度高、自重輕、塑性和韌性好、裝配化程度高、施工周期短、建筑垃圾少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)用越來越普遍。失穩(wěn)也稱為屈曲，是指鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失了整體穩(wěn)定性或局部穩(wěn)定性，屬承載力極限狀態(tài)的范圍。由于鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，用它制成的構(gòu)件比較細(xì)長，截面相對(duì)較小，組成構(gòu)件的板件寬而薄，因而在荷載作用下容易失穩(wěn)成為鋼結(jié)構(gòu)最突出的一個(gè)特點(diǎn)。因此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定比強(qiáng)度更為重要，它往往對(duì)承載力起控制作用。

2失穩(wěn)的類型及特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)可分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。但就性質(zhì)而言，又可分為以下三類。

1）平衡分岔失穩(wěn)

完善的（即無缺陷，挺直的）軸心受壓構(gòu)件和完善的中面受壓平板的失穩(wěn)都屬于平衡分岔失穩(wěn)問題。屬于這一類的還有理想的受彎構(gòu)件以及受壓的圓柱殼等。

平衡分岔失穩(wěn)也叫分支點(diǎn)失穩(wěn)，稱為第一類穩(wěn)定問題。還可分為穩(wěn)定分岔失穩(wěn)和不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)兩種。

（1）穩(wěn)定分岔失穩(wěn)

這類屈曲的特點(diǎn)是有一穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，結(jié)構(gòu)在到達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)，從未屈曲的平衡位形過渡到無限鄰近的屈曲平衡位形，即由直桿而出現(xiàn)微變。此后變形的進(jìn)一步加大要求荷載增加。直桿軸心受壓和平面在中面受壓都屬于此類情況，板有較顯著的屈曲后強(qiáng)度，目前在門式剛架設(shè)計(jì)中已得到利用。

（2）不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)

結(jié)構(gòu)屈曲后只能在遠(yuǎn)比臨界荷載低的荷載下維持平衡位形。例如承受均勻軸向荷載柱殼；承受均勻外壓力的全球殼；綴條柱；薄壁型鋼方管壓桿等。此類屈曲也叫“有限干擾屈曲”，因?yàn)樵谟邢薷蓴_作用下，在達(dá)到分岔屈曲荷載前就可能由半屈曲平衡位形轉(zhuǎn)到非鄰近的屈曲平衡位形。

2）極值點(diǎn)失穩(wěn)

極值點(diǎn)失穩(wěn)也稱為第二類穩(wěn)定問題。具有極值點(diǎn)失穩(wěn)的偏心受壓構(gòu)件的荷載撓度曲線只有極值點(diǎn)B，沒有出現(xiàn)如理想軸壓構(gòu)件那樣在同一點(diǎn)存在兩種不同變形狀態(tài)的分岔點(diǎn)，構(gòu)件彎曲變形的性質(zhì)沒有改變，故此失穩(wěn)稱為極值點(diǎn)失穩(wěn)。它是指建筑鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件，在塑性發(fā)展到一定程度時(shí)喪失穩(wěn)定的承載能力。象雙向受彎構(gòu)件、雙向彎曲壓彎構(gòu)件的彈塑性彎扭失穩(wěn)都屬于極值點(diǎn)失穩(wěn)。對(duì)于實(shí)際的軸壓構(gòu)件，由于初彎曲、初偏心等幾何缺陷的存在也應(yīng)屬于偏心受壓構(gòu)件的范疇。因此極值點(diǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象十分普遍。

3）躍越失穩(wěn)

此類屈曲的特點(diǎn)是：既無平衡分岔點(diǎn)，又無極值點(diǎn)，但和不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)又有一些相似。結(jié)構(gòu)由一個(gè)平衡位形突然跳到另一個(gè)平衡位形，其間出現(xiàn)很大的變形，都是從喪失穩(wěn)定平衡后經(jīng)歷一段不穩(wěn)定平衡，然后重新獲得穩(wěn)定平衡。屬于此類失穩(wěn)的有鉸接坦拱、扁殼、扁平的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等。此類屈曲雖然在發(fā)生躍越后荷載可以大于臨界值，但實(shí)際工程中不允許出現(xiàn)這樣大的變形，由于過大的變形會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，故應(yīng)該以臨界荷載作為承載的極限。

3失穩(wěn)破壞的原因分析

穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)最突出的問題，長期以來，在大量工程技術(shù)人員的頭腦里，強(qiáng)度的概念清晰，穩(wěn)定的概念淡漠，并且存在強(qiáng)度重于穩(wěn)定的錯(cuò)誤思想。因此，在大量的接連不斷的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故中付出了血的代價(jià)，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)事故和局部失穩(wěn)事故兩大類，各自產(chǎn)生的原因如下。

3.1整體失穩(wěn)事故原因分析

1）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤

設(shè)計(jì)錯(cuò)誤主要與設(shè)計(jì)人員的水平有關(guān)。如缺乏穩(wěn)定概念；穩(wěn)定驗(yàn)算公式錯(cuò)誤；只驗(yàn)算基本構(gòu)件穩(wěn)定從而忽視整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算；計(jì)算簡圖及支座約束與實(shí)際受力不符，設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力產(chǎn)生顯著影響。

3）臨時(shí)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(shí)支撐體系來維持安裝過程中的整體穩(wěn)定性。若臨時(shí)支撐設(shè)置不合理或者數(shù)量不足，輕則會(huì)使部分構(gòu)件喪失穩(wěn)定，重則造成整個(gè)結(jié)構(gòu)在施工過程中倒塌或傾覆。

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。

3.2局部失穩(wěn)事故原因分析

局部失穩(wěn)主要針對(duì)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(duì)以下原因也應(yīng)引起足夠重視。

1）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤

設(shè)計(jì)人員忽視甚至不進(jìn)行構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗(yàn)算，或者驗(yàn)收方法錯(cuò)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中不變形也須設(shè)置橫隔、加勁肋等，但實(shí)際工程中，加勁肋數(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(diǎn)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(diǎn)位置的選定十分重要，由于吊點(diǎn)位置不同，構(gòu)件受力狀態(tài)不同。有時(shí)構(gòu)件內(nèi)部過大的壓應(yīng)力將會(huì)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(jì)中，針對(duì)重要構(gòu)件應(yīng)在圖紙中說明起吊方法和吊點(diǎn)位置。

4失穩(wěn)事故的處理與防范

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生整體失穩(wěn)事故而倒塌后，整個(gè)結(jié)構(gòu)已經(jīng)報(bào)廢，事故的處理已沒有價(jià)值，只剩下責(zé)任的追究問題。但對(duì)于局部失穩(wěn)事故可以采取加固或更換板件的做法得以解決，筆者認(rèn)為，鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故應(yīng)以防范為主，以下原則應(yīng)該遵守。

1）設(shè)計(jì)人員應(yīng)強(qiáng)化穩(wěn)定設(shè)計(jì)理念

防止鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)人員肩負(fù)著最重要的職責(zé)。強(qiáng)化穩(wěn)定設(shè)計(jì)理念十分必要。

（1）結(jié)構(gòu)的整體布置必須考慮整個(gè)體系及其組成部分的穩(wěn)定性要求，尤其是支撐體系的布置。

（2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算方法的前提假定必須符合實(shí)際受力情況。尤其是支座約束的影響。

（3）構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算與細(xì)部構(gòu)造的穩(wěn)定計(jì)算必須配合。尤其要有強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的概念。

（4）強(qiáng)度問題通常采用一階分析，而穩(wěn)定問題原則上應(yīng)采用二階分析。

（5）疊加原理適用于強(qiáng)度問題，不適用于穩(wěn)定問題。

（6）處理穩(wěn)定問題應(yīng)有整體觀點(diǎn)，應(yīng)考慮整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的相關(guān)影響。

2）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(duì)穩(wěn)定承載力影響最大，因此，制作單位應(yīng)通過合理的工藝和質(zhì)量控制措施將缺陷減低到最小程度。

3）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(jì)，采用合理的吊裝方案，精心布置臨時(shí)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。

4）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(duì)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(shí)，必須與設(shè)計(jì)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。

5、結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)前景廣闊，保持穩(wěn)定性是經(jīng)常遇到的問題，小至構(gòu)件中的一塊板件，大至結(jié)構(gòu)體系都涉及到穩(wěn)定性問題，由此造成的許多事故觸目驚心。在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選材、制造、施工中，必須嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠，杜絕事故的發(fā)生。

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