在很多建筑工程項(xiàng)目中都會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)性事故.例如坍塌、傾斜.造成此類事故發(fā)生的主要原因是由于設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)沒(méi)有充分設(shè)計(jì)好其穩(wěn)定性.同時(shí)施工方在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)也沒(méi)有驗(yàn)證每一個(gè)數(shù)據(jù)也是一個(gè)重要原因.這些原因會(huì)導(dǎo)致在外界條件變化時(shí)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況.從而造成安全事故發(fā)生。因此.如何做好鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是目前建筑工程中需要重視的問(wèn)題。
鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型
1.分支點(diǎn)失穩(wěn)
分支點(diǎn)失穩(wěn)也稱之為平衡分岔失穩(wěn)、分支點(diǎn)失穩(wěn)主要包括直桿、圓環(huán)、窄梁等部位.這些部位在受到外界壓力時(shí)會(huì)導(dǎo)致其支點(diǎn)嚴(yán)重不平衡造成失穩(wěn)現(xiàn)象。在正常情況下，如果鋼結(jié)構(gòu)的軸心受壓構(gòu)件是完好無(wú)損的.那么其端部在遭遇到荷載壓力且低于規(guī)定限值時(shí).構(gòu)建依然可以維持平直.只會(huì)壓縮變形但不會(huì)造成失穩(wěn)。
但是如果端部的承載壓力高于限值就會(huì)導(dǎo)致彎曲使軸心受壓出現(xiàn)不平衡的情況.也就是平衡分岔穩(wěn)定問(wèn)題。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看.這類屈曲破壞是可以被隨免的。
2.極值點(diǎn)失穩(wěn)
極值點(diǎn)失穩(wěn)與分支點(diǎn)失穩(wěn)有所不同.是無(wú)平衡分岔的問(wèn)題、在建筑工程中屬于常見(jiàn)的問(wèn)題。這主要是由于偏心構(gòu)件的材料歷致.偏心構(gòu)件的材料一般都會(huì)使用鋼材.在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展后其塑性會(huì)逐漸變得沒(méi)有穩(wěn)定能力.就會(huì)導(dǎo)致平衡形式產(chǎn)生變化.從而導(dǎo)致失穩(wěn)問(wèn)題。在處理極值點(diǎn)失穩(wěn)時(shí).一般會(huì)將其轉(zhuǎn)變成分支點(diǎn)失穩(wěn)進(jìn)而進(jìn)行處理。
3.跳躍性失穩(wěn)
跳躍性失穩(wěn)并沒(méi)有極值點(diǎn)同時(shí)也沒(méi)有平衡分岔點(diǎn).一般會(huì)出現(xiàn)在扁殼、空間柘架中，這一類失穩(wěn)主要是指扁殼或者是空間桁架在失去穩(wěn)定平衡后從原來(lái)位置跳躍到另外的穩(wěn)定平衡狀態(tài).即稱之為跳躍性失穩(wěn)。
在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，這種類型的變形是被禁止的，所以需要在計(jì)算承載極限時(shí).按照臨界荷載來(lái)進(jìn)行。
鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)原則
1.平面穩(wěn)定設(shè)計(jì)計(jì)算要契合結(jié)構(gòu)構(gòu)件
目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都是以平面體系作為出發(fā)點(diǎn).例如桁架、框架的設(shè)計(jì).為了防止在平面結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)失穩(wěn)、就需要在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局時(shí)具有統(tǒng)一性、整體性在進(jìn)行支撐構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí).一定要具有針對(duì)性。
從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō).就是在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要和平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置完全契合.例如在設(shè)計(jì)塔架時(shí).就需要確保橫隔設(shè)置合理、構(gòu)件保持穩(wěn)定。
2.結(jié)構(gòu)計(jì)算要契合構(gòu)造設(shè)計(jì)
在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí).保持設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算一致一直都是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)，在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接時(shí)要根據(jù)節(jié)點(diǎn)來(lái)設(shè)置相應(yīng)的柔度和剛度.如果連接柘架節(jié)點(diǎn).要盡量降低桿件偏心。
在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保持鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、會(huì)對(duì)構(gòu)件有所要求，因此在調(diào)整梁的整體穩(wěn)定時(shí)，可以采取在平面內(nèi)對(duì)梁進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來(lái)確保梁的穩(wěn)定分析與邊界條件相一致。
3.使用簡(jiǎn)圖要契合結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖
大部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)的時(shí)候，都不是十分注重框架的穩(wěn)定分析，而是通過(guò)直接計(jì)算的方式來(lái)確定架柱的穩(wěn)定。
使用直接計(jì)算方法.首先要分析框架柱的整體穩(wěn)定，然后會(huì)得出柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù).通過(guò)這種方式得到的柱穩(wěn)定計(jì)算可以保持和框架穩(wěn)定計(jì)算相一致。但是由于框架的種類繁多.因此在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)設(shè)置典型條件的方式來(lái)使計(jì)算工作更加便捷.在此可以參考GB一J17一88規(guī)范中的基本假設(shè)。
但是在實(shí)際工程案例中，會(huì)出現(xiàn)兩種框架的計(jì)算簡(jiǎn)圖和使用簡(jiǎn)圖不一致的情況，一種是附有搖擺柱的框架、一種是橫梁承受了較大壓力的框架.這兩種情況不需要按照規(guī)定系數(shù)計(jì)算。
增加鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的加固方法
1.更改結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形
通過(guò)改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的方式來(lái)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固一般有四種方式，第一種是變更荷載分布情況.第二種是變更傳力方式.第三種是變更節(jié)點(diǎn)性質(zhì).第四種是變更邊界條件。使用更改結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的方式需要在原有的基礎(chǔ).上增加附加桿件和支撐.從而給結(jié)構(gòu)帶來(lái)預(yù)應(yīng)力.同時(shí)還可以應(yīng)用空間協(xié)調(diào)因素這樣能夠進(jìn)一步加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。具體方法是準(zhǔn)備需要加固的構(gòu)件，在其截面外將預(yù)應(yīng)力筋布置上去.通過(guò)更改結(jié)構(gòu)傳力路徑會(huì)使荷載效應(yīng)有肪降低、另外.這一加固技術(shù)還可以優(yōu)化梁的承載力、提高梁的變形性能。
例如某工程經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn).鋼結(jié)構(gòu)大廳里構(gòu)件截面的選擇十分不合理.這時(shí)候就需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施內(nèi)力和位移進(jìn)行再次驗(yàn)算.同時(shí)還要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)材料和性能參數(shù)進(jìn)行檢測(cè).綜合以.上數(shù)據(jù).通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固不合理的構(gòu)件。通過(guò)加固.該工程的鋼梁撓度和承載能力和規(guī)定完全相符.而且能夠滿足正常的使用要求。
2.對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行加固
連接點(diǎn)加固技術(shù)就是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)進(jìn)行加固.使用工具一般是焊縫、高強(qiáng)度或普通螺栓、鉚鍆。在實(shí)際工程中.如果使用連接點(diǎn)加固技術(shù).需要先深入分析加固目的、具體受力情況、構(gòu)造情況等.在分析后最終確定出固件的連接方式。需要注意的是.使用焊縫進(jìn)行連接時(shí).要確保焊接工藝正確、連接材料符合要求.然后再進(jìn)行加固.這樣能夠確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
例如某工程需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固.施工人員根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)全面地復(fù)核了鋼管桁架T節(jié)點(diǎn)和K節(jié)點(diǎn).發(fā)現(xiàn)其中有不符合強(qiáng)度規(guī)定的節(jié)點(diǎn)，因此對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面加固分析、在分析后最終確定在T節(jié)點(diǎn)采用套管加固方式.在K節(jié)點(diǎn)采用肋板加固方式.在加固后.施工人員對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行了分析.確認(rèn)在使用連接點(diǎn)加固技術(shù)后，加固效果十分有效。
3.纖維復(fù)合材料加固
在該加固技術(shù)中需要使用纖維復(fù)合材料.需要把這種材料粘貼到損壞的鋼結(jié)構(gòu)表面上.從而轉(zhuǎn)移部分鋼結(jié)構(gòu)承受的荷載.這樣復(fù)合材料就會(huì)承擔(dān)這部分荷載.就能夠降低受損構(gòu)件的應(yīng)力.達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)加固的目的，同時(shí).使用纖維復(fù)合材料加固的方式還可以起到延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件壽命的作用。
在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加固時(shí)使用的纖維復(fù)合材料一般包含三種，一種是玻璃纖維材料.一種是碳纖維材料.還有一種是芳綸纖維材料.這三種材料都可以有效地對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。
使用纖維復(fù)合材料對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固具有很多優(yōu)勢(shì).
其一.可以讓鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度變得更高.而且在加固后并不會(huì)過(guò)多改變?cè)袖摻Y(jié)構(gòu)的重量和尺寸。
其二.纖維復(fù)合材料具有很好的耐腐蝕性而且具有很強(qiáng)的抗疲勞性.能夠更好地保持鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
其三.纖維復(fù)合材料的柔韌性很好.在很多封閉性的鋼結(jié)構(gòu)中可以使用.而有一些鋼結(jié)構(gòu)的形狀比較復(fù)雜是比較不好進(jìn)行加固的.也能夠使用纖維復(fù)合材料加固技術(shù)進(jìn)行加固。
其四.較之于其他加固方法.纖維復(fù)合材料加固技術(shù)的成本偏低，而且在操作上十分便捷.非常適合在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)。
其五.由于使用纖維復(fù)合材料加固技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)明火.所以可以在各類作業(yè)環(huán)境中進(jìn)行使用.應(yīng)用范圍十分廣泛。
鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象是普遍存在的.因此.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者一定要充分認(rèn)識(shí)到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要性.最大限度地消除設(shè)計(jì)缺陷，促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。
