鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的突出問題之一就是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，無論何種類型的鋼結(jié)構(gòu)，都應(yīng)當(dāng)考慮其失穩(wěn)問題。 如果鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)設(shè)計不當(dāng)，將會存在事故隱患，造成不應(yīng)有的損失。
因為鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)導(dǎo)致的工程事故案例在現(xiàn)實社會中已發(fā)生多起。 例如，２０１０年１月３日發(fā)生的昆明新機場３８ｍ鋼結(jié)構(gòu)橋跨垮塌事件，造成７人死亡、８人重傷、２６人輕傷，發(fā)生事故的原因是橋下鋼結(jié)構(gòu)支撐體系突然失穩(wěn)，８ｍ高的橋面隨即垮塌下來。 究其造成事故的原因通常是由于設(shè)計者的經(jīng)驗不足，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，因此，要從根本上避免類似事故的發(fā)生，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計是關(guān)鍵。
１　　鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類
１．?。薄【哂衅胶夥植淼姆€(wěn)定問題
鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件在完好的情況下，當(dāng)端部受到荷載壓力時，所承受的壓力小于等于某一限值時，構(gòu)件保持平直，構(gòu)件截面承受著均勻的壓應(yīng)力，即使沿軸線所產(chǎn)生的狀況也只是壓縮變形。相反，如果當(dāng)端部受到荷載壓力時，所承受的壓力大于限值時，構(gòu)件會突然發(fā)生彎曲，導(dǎo)致原有的軸心受壓平衡形式發(fā)生改變，從而出現(xiàn)分支點失穩(wěn)，即平衡分岔的穩(wěn)定問題。完善的（即無缺陷、挺直的）軸心受壓構(gòu)件和完善的在中面內(nèi)受壓的平板的失穩(wěn)都屬于這一類失穩(wěn)問題。 從設(shè)計的角度看，這類鋼結(jié)構(gòu)具有承擔(dān)
大于屈曲荷載的承載能力，即具有屈曲后強度，因此，這種屈曲破壞是有預(yù)兆的延性破壞。
１．２　無平衡分岔的穩(wěn)定問題
無平衡分岔的穩(wěn)定問題，即極值點失穩(wěn)，這種現(xiàn)象比較普遍，常常出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中。 該失穩(wěn)主要是由于鋼材做成的偏心受壓構(gòu)件，在塑性發(fā)展到一定程度時喪失穩(wěn)定的能力，從而導(dǎo)致平衡形式發(fā)生改變出現(xiàn)失穩(wěn)。 在通常的實際操作中會把極值點失穩(wěn)轉(zhuǎn)換為分支點失穩(wěn)來進行處理。
１．?。场≤S越失穩(wěn)問題
這類失穩(wěn)不同于以上兩種類型，其既無極值點，又無平衡分岔點，它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個穩(wěn)定平衡狀態(tài)。 例如，扁殼、坦拱、空間桁架和扁平的網(wǎng)殼有可能發(fā)生跳躍失穩(wěn)。 但在實際工程中是不允許出現(xiàn)這樣大的變形，所以應(yīng)該以臨界荷載作為承載的極限。從設(shè)計的角度看，這此類結(jié)構(gòu)的跨高比越大，臨界荷載越小。初始幾何缺陷對結(jié)構(gòu)的臨界荷載影響不大。
由此可見，區(qū)分結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型的性質(zhì)十分重要，這樣才能正確估量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。 設(shè)計為軸心受壓的構(gòu)件，實際上總不可避免地會有一點初彎曲，荷載的作用點也難免有偏心。 因此，要真正掌握這種構(gòu)件的性能，了解缺陷對它的影響，其他構(gòu)件也都有缺陷影響問題［３］。

２　　鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的基本原則

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要綜合考慮建筑的實際情況以及建筑使用要求，最大限度的確保所設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)可以很好的符合標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)在滿足穩(wěn)定性和強度的前提下，最大可能的降低鋼材使用量，減少鋼結(jié)構(gòu)的自重，以便可以在出現(xiàn)較大負荷的情況下，使得鋼結(jié)構(gòu)具備良好的承載能力。 在施工過程中，還應(yīng)當(dāng)減少不必要的安裝實踐和制造實踐，以便可以更好的運輸和維護鋼結(jié)構(gòu)，使總成本能夠有效降低。 除此之外，所設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)盡可能地具備一定的審美價值［４］。
３　　加固鋼結(jié)構(gòu)的方法
鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會受到施工過程中的諸多外界因素影響，因此，在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中，需要借助一些必要的加固方法對鋼結(jié)構(gòu)進行加固，確保其整體穩(wěn)定性可以滿足建筑使用要求，這對提高建筑物的整體性能具有重要意義［５］。為了提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計質(zhì)量使其滿足建筑使用要求。 目前，對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加固的主要方法有：對結(jié)構(gòu)計算圖形進行改變加固、 減輕荷載、連接點加固、纖維增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)加固等。
３．１　改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固
改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點的性質(zhì)和邊界條件等［６］，通過合理增設(shè)附加桿件和支撐來對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，同時還要考慮空間協(xié)同因素的應(yīng)用，
這樣就可以使鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到進一步強化。
例如，某醫(yī)院的鋼結(jié)構(gòu)大廳存在構(gòu)件截面選擇不當(dāng)?shù)葐栴}，陳耀等［７］針對上述問題重新對該結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力和位移驗算。 依據(jù)驗算的結(jié)果、現(xiàn)場檢測獲得的材料及結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對不滿足要求的構(gòu)件進行加固，加固后的鋼結(jié)構(gòu)大廳，鋼梁的撓度和承載能力均可滿足規(guī)范及正常使用的要求。 該加固方法是將預(yù)應(yīng)力筋布置在待加固構(gòu)件的截面之外，通過改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑減少構(gòu)件的荷載效應(yīng)，同時改良原結(jié)構(gòu)承載力的一種加固技術(shù)，不僅改善了梁的承載能力，還改善了構(gòu)件的變形性能。
３．２　減輕及改變荷載的分布
通過受彎桿件荷載的改變，把單獨的集中端部支撐荷載承受轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€的端部支撐的荷載承受并進行相應(yīng)的加固。 在選取截面進行加固時，一定要注意到截面的形式，其須具有實際的加固缺陷與損傷滿足的加固要求，這樣才能確保鋼結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定［８］，這樣也是改善鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的有效方法。
３．３　連接點加固
鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接是鋼結(jié)構(gòu)整體作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在設(shè)計和施工過程中，要做到“強節(jié)點，強連接”。鋼結(jié)構(gòu)連接加固的方法，即采用焊縫、鉚釘、普通螺栓或高強度螺栓等方式對鋼結(jié)構(gòu)進行連接加固。在實際工程中應(yīng)首先依據(jù)結(jié)構(gòu)加固的原因和目的、 鋼結(jié)構(gòu)實際受力情況和構(gòu)造等進行分析后，再確定固件連接方式。
一般情況下，采用焊縫連接的過程中，注意要選用已被確認(rèn)的焊接工藝與連接材料進行焊接加固，以確保鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 王元清等［９］
根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范對某鋼結(jié)構(gòu)辦公樓工程鋼管桁架Ｔ型節(jié)點和Ｋ型節(jié)點進行了全面的復(fù)核計算，對強度不滿足要求的節(jié)點進行了加固分析，其中Ｋ型節(jié)點選擇肋板加固，Ｔ型節(jié)點選擇套管加固，并通過有限元軟件對節(jié)點的加固后強度進行了計算分析，結(jié)果證實了加固后節(jié)點能滿足安全要求。
３．４　纖維增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

纖維增強復(fù)合材料（?。疲椋猓澹颉。遥澹椋睿妫铮颍悖澹洹。校铮欤恚澹?，　簡稱ＦＲＰ）是由增強纖維材料與基體材料經(jīng)過纏繞、 模壓或拉擠等成型工藝而形成的復(fù)合材料。 根據(jù)增強材料的不同，常見的纖維增強復(fù)合材料可以分為：玻璃纖維增強復(fù)合材料（ＧＦＲＰ），碳纖維增強復(fù)合材料（ＣＦＲＰ）以及芳綸纖維增強復(fù)合材料（ＡＦＲＰ）等類型。 纖維增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢：

（１）具有較高的比強度

和比剛度，加固后原結(jié)構(gòu)的自重和尺寸基本不變；

（２）復(fù)合材料具有良好的耐腐蝕和抗疲勞性能；

（３）柔性的復(fù)合材料能夠用于任意封閉或形狀復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)加固。 密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕

的隱患；

（４）成本低、 效率高、易于操作，在狹小空間亦可施工，適于現(xiàn)場修復(fù)；（５）適用范圍廣，由于施工過程中不會出現(xiàn)明火，可以用于各種特殊環(huán)境［１０］。纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)是將纖維

增強復(fù)合材料粘貼到受損鋼結(jié)構(gòu)的表面，使一部分荷載傳遞到纖維增強復(fù)合材料上，降低受損構(gòu)件的應(yīng)力水平，從而達到加固鋼結(jié)構(gòu)的效果，延長受損鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用壽命［１１］。

４　　結(jié)語
從已經(jīng)發(fā)生的諸多工程案例中已經(jīng)證實鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞是比較突然的，屈曲一旦發(fā)生，結(jié)構(gòu)隨即崩潰，十分危險。 因而從事鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員應(yīng)特別重視鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題，了解引起鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的因素，掌握正確的計算方法，豐富穩(wěn)定性設(shè)計的相關(guān)知識，克服結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，從而避免工程中的失穩(wěn)破壞。 在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究領(lǐng)域中，還有諸多尚未解決的問題，總之，只有認(rèn)真對待鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題，才會使得鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和方法不斷地完善。

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文章來源： 永年加固公司
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