钢结构的可能破坏形式课件.ppt

第三章钢结构的可能破坏形式第三章钢结构的可能破坏形式•钢结构的可能破坏形式有下列几种：1、结构的整体失稳破坏；2、结构和构件的局部失稳；3、结构的塑性破坏；4、结构的脆性破坏；5结构的疲劳破坏6；结构的累积损伤破坏•3.1结构的整体失稳破坏结构的整体失稳破坏•结构的整体失稳破坏整体失稳破坏是指结构所受荷载未达结构强度破坏荷载时，出现较大变形，整个结构偏离原来的平平衡位置衡位置而倒塌•3.1.1失稳的分类•1、欧拉屈曲•又称第一类失稳，失稳时，荷载变形曲线出现分叉现象，分枝荷载即为屈曲荷载，属弹性屈曲 •2、极值型失稳•结构变形随荷载增加而增加，且愈来愈快，直到结构不能承受增加的外荷载而压溃又称第二类稳定•3、屈曲后极值型失稳•失稳时有平衡分岔现象，但不立即破坏，有较显著的屈曲后强度，可继续承载直到出现极值型失稳•4、有限干扰型失稳•结构屈曲后承载力迅速下降，如有缺陷结构在受荷过程中就不出现屈曲现象而直接进入承载力较低的极值型失稳又称不稳定分岔屈曲，这类结构称缺陷敏感型结构•5、跳跃型失稳•结构由初始平衡位置突然跳跃到另一平衡位置，跳跃过程中出现很大位移，使结构的平衡位置发生巨大的变化。

3.1.2结构稳定分析的原则结构稳定分析的原则•1、要考虑几何非线性的影响•对钢结构通常有三种：一为位移荷转角都在小变形范围，但考虑结构变形对外力效应的影响也称二阶分析•二是考虑大变形但转角在小变形范围钢框架既考虑构件又考虑结构整体失稳的稳定分析时可采用这种方法而三即是考虑大位移和大转角的非线性分析网壳结构的稳定、板件考虑屈曲后强度的稳定及构件考虑整体与局部相关稳定时的分析应才采用这一方法•2、考虑材料非线性的影响•要得到钢结构或钢构件的真实失稳极限荷载，就要按双非线性进行分析•3、考虑结构和构件的初始缺陷3.1.3钢构件的整体稳定钢构件的整体稳定•钢构件的整体稳定因构件截面形式不同和受力不同而不同•轴压构件轴压构件有弯曲失稳弯曲失稳、扭转失稳扭转失稳和弯扭失稳弯扭失稳•受弯构件受弯构件则为弯扭失稳弯扭失稳•截面对称的单轴压弯构件单轴压弯构件，在弯矩作用平面内为弯曲失弯曲失稳稳，在弯矩作用平面外为弯扭失稳弯扭失稳，而双轴压弯构件双轴压弯构件则为弯扭失稳弯扭失稳•对框架框架和拱拱在平面内为弯曲失稳弯曲失稳，在平面外为弯扭失稳弯扭失稳•3.2结构和构件的局部失稳及截面的分类结构和构件的局部失稳及截面的分类•局部失稳局部失稳是指结构与构件在保持整体稳定的条件下，部分构件或构件中有板件不能承载而失去稳定。

3.2.1局部失稳的概念局部失稳的概念•受压柱和梁的失稳是欧拉屈曲和极值型屈曲，在一个超静定结构体系中，它们中某些构件失稳，不会导致结构整体或局部形成机构时，结构不会因局部构件失稳而失去承载能力•构件中板件的失稳是屈曲后极值型失稳当构件中板件发生屈曲，并未丧失承载能力，有较大的屈曲后承载能力，同时构件整体保持稳定•3.2.2局部与整体相关稳定局部与整体相关稳定•局部失稳后有屈曲后强度的结构和构件虽能继续承载，但会降低结构整体的稳定承载力，称为局部与整体相关稳定3.2.3截面分类截面分类•板件的宽厚比决定其局部失稳的屈曲荷载大小，宽厚比愈大，屈曲荷载愈小•P63表3-1对常见的工字形和矩形管截面作了分类•第一类截面宽厚比较小，不会发生局部失稳称塑性设计截面•第二类为弹塑性设计截面，受弯构件形成塑性绞但不转动时，板件不发生局部失稳•第三类截面在构件受弯边缘纤维屈服时，不发生局部失稳•第四类截面在构件受弯时要发生局部失稳，应按利用屈曲后强度的方法进行设计3.3结构的塑性破坏、应力（内）塑性重分布结构的塑性破坏、应力（内）塑性重分布•3.3.1结构的塑性破坏结构的塑性破坏•结构的强度破坏强度破坏属于塑性破坏塑性破坏，受拉构件和受弯构件在不发生整体失稳整体失稳和局部失稳局部失稳的前提下要发生强度破坏。

•受压构件通常发生失稳破坏•3.3.2应力塑性重分布应力塑性重分布•钢结构构件由于存在残余应力，会造成截面上应力分布的不均匀，但流幅的存在，不均匀的应力要趋于平均，即出现塑性应力重分布故残余应力不影响构件的强度•3.3.3内力塑性重分布内力塑性重分布•在超静定结构中其某个构件的某个截面出现塑性铰并不意味结构失去承载能力由于塑性内力重分布结构可以继续承受增加的荷载3.4结构的疲劳破坏结构的疲劳破坏•3.4.1疲劳破坏现象疲劳破坏现象•钢结构或钢构件在连续反复荷载的作用下，要发生疲劳破坏•钢结构或钢构件总是存在裂纹，疲劳破坏就是裂纹发展导致最后断裂•3.4.2影响疲劳强度的因素影响疲劳强度的因素•包括应力集中、缺陷、残余应力等因素，它们相互交织在一起，通常用试验判定•3.4.3疲劳强度的确定疲劳强度的确定•《钢规》当应力变化的循环次数循环次数 n大于或等于 5 ×104次次时，应进行疲劳计算 •由试验可知，焊接结构应力幅△σ与疲劳破坏荷载循环次数一一对应，而与钢材种类没有关系•n——应力循环次数；•C、——参数，根据连接类别按《钢规》选用•我国《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》（（GB50017-2003））根据构件或连接计算部位的应力集中和焊接缺陷的影响，将构件和连接分为8类类。

第1类是没有应力集中的主体金属，第8类是应力集中最严重的角焊缝•由此可得各种典型结构形式的应力幅△σ与疲劳破坏荷载循环次数n的关系曲线•直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁、吊车衍架工作平台梁等）及其连接，当应力变化的循环次数循环次数 n大于或等于 5 ×104次次时，应进行疲劳计算 •3.4.4常幅疲劳计算常幅疲劳计算•式中• ——对焊接部位为应力幅；•对非焊接部位采用折算应力幅:• • —计算部位每次应力循环中的最大应力（拉为正）；• —计算部位每次应力循环中的最小应力（拉为正压为负值）；• —常幅疲劳的容许应力幅（N/mm2）3.4.5变幅疲劳计算变幅疲劳计算•式中 —变幅疲劳的等效应力幅（N/mm2），应按下式计算:•∑ni—以应力循环次数表示的结构预期使用寿命•ni—预期寿命内应力幅水平达到△i的应力循环次数•3.4.6吊车梁疲劳计算吊车梁疲劳计算 •式中 f——欠载效应的等效系数，按表采用• 吊车梁和吊车桥架欠载效应的等效系数f •［△］2×106——循环次数n为2×106次的容许应力幅，按表采用。

• 循环次数n为2×106次的容许应力幅•  对一般简支实腹吊车梁疲劳验算位置有4处(见图)：•①下翼缘与腹板连接角焊缝；•②横向加劲肋下端的主体金属；•③下翼缘螺栓和虚孔处的主体金属；•④下翼缘连接焊缝处的主体金属•简支吊车梁疲 劳计算位置3.5结构的累积损伤破坏结构的累积损伤破坏•钢构件在荷载反复作用下，要发生此类破坏如钢柱或梁柱节点在强地震作用下的破坏由于构件累积损伤造成的破坏是再强度很大的荷载作用下，反复次数不多情况下发生的，又称低周疲劳断裂•3.6结构的脆性断裂破坏结构的脆性断裂破坏•1、影响结构脆性断裂的因素•1）裂纹•2）应力•3）材料•2、防止脆断的措施。