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钢结构失稳破坏的主要原因和防范措施

2018-05-17 10:45:02 点击数:

    稳定问题是钢结构最突出的问题,长期以来,许多工程技术人员对强度概念认识清晰,对钢结构稳定认识淡薄,并且存在强度重于稳定的错误思想。因此,在大量的钢结构失稳事故中付出了血的代价,得到了严重的教训。

    钢结构的失稳破坏分两类,整体失稳和局部失稳。

 

整体失稳的主要原因

1、设计错误

    设计错误主要与设计人员的水平有关。如缺乏稳定概念;稳定验算公式错误;只验算基本构件的稳定,忽视整体结构的稳定验算;计算简图及支座约束与实际受力不符,设计安全储备过小等等。

2、制作缺陷

    制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形等。这些缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。

3、支撑不足

    柱间支撑、隅撑、临时支撑、细杆往往被设计者所忽视,这也是造成整体失稳的原因之一。

    钢结构在安装过程中,尚未完全形成整体结构之前,属几何可变体系,构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。若临时支撑设置不合理或者数量不足,轻则会使部分构件丧失稳定,重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。

4、荷载变化、支承情况的不同。

    在吊装中由于吊点位置的不同,桁架或网架的杆件受力可能变化,造成失稳。

5、使用不当

     结构竣工投人使用后,使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。例如,使用方随意改造使用功能;改变构件的受力状态;由积灰或增加悬吊设备引起的超载;基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形;意外的冲击荷载等等。

 

局部失稳的主要原因

1、设计错误

    设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算,或者验收方法错误,致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。

2、构造不当

    通常在构件局部受集中力较大的部位,原则上应设置构造加劲肋。另外,为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等。但实际工程中,加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。

3、原始缺陷

    原始缺陷包括钢材的负公差严重超规,制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。

4、吊点位置不合理

    在吊装过程中,尤其是大型的钢结构构件,吊点位置的选定十分重要。吊点位置不同,构件受力的状态也不同。有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。因此,在钢结构设计中,针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。

 

失稳事故的处理与防范

    当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后,整个结构已经报废,事故的处理已没有价值,只剩下责任的追究问题;但对于局部失稳事故可以采取加固或更换板件的做法。钢结构失稳事故应以防范为主,以下原则应该遵守。

1、设计人员应强化稳定设计理念,避免设计错误。

2、制作单位应力求减少缺陷

    在常见的众多缺陷中,初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大,因此,制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。

3、施工单位应确保安装过程中的安全

    施工单位只有制定科学的施工组织设计,采用合理的吊装方案,精心布置临时支撑,才能防止钢结构安装过程中失稳,确保结构安全。

4、使用单位应正常使用钢结构建筑物

    一方面,使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护;另一方面,当需要进行工艺流程和使用功能改造时,必须与设计单位或有关专业人士协商,不得擅自增加负荷或改变构件受力。