【钢结构原理】五种钢结构失稳模式

本篇文章将介绍几种常见的失稳模式，了解它们的主要特征、引起原因以及它们的表现形式。

结构失稳模式——如弯曲屈曲、横向扭转屈曲、局部屈曲、剪切屈曲和壳体屈曲——在根本原因、行为以及影响的结构部件方面各不相同。

全面理解和识别这些稳定性问题对于进行准确的分析和设计坚固的结构至关重要。本文将通过详细解释每种失效类型，包括其特征、主要原因和关键特点，来帮助您实现这一目标。

最后，将提供一个对比表，以总结不同失效类型之间的差异，使您更容易识别和区分它们。

在阅读本文时，请记住，所有这些失效模式都可以使用Dlubal的结构稳定性模块进行分析。通过利用这一工具，您可以通过先进的有限元分析（FEA）来应对与这些失效类型相关的挑战。

01-弯曲屈曲（Flexural Buckling）

弯曲屈曲发生在轴压构件中，由于压力导致构件侧向弯曲或“屈曲”。这种现象发生在超过临界载荷时，即构件在压力作用下失去稳定性的载荷。

屈曲最常见于细长柱或长细比（长度与回转半径之比）较高的构件。这种行为通常由弹性材料的欧拉屈曲公式控制，但它可能涉及弹性屈曲或非弹性屈曲，具体取决于材料的属性和构件的几何形状。

02-横向扭转屈曲（Lateral - Torsional Buckling）

横向扭转屈曲主要发生在受弯梁中，这种屈曲模式会引起构件横向位移和扭转。受弯构件中受压翼缘受压且受压翼缘没有足够侧向约束是产生这种失效模式的主要原因。

横向扭转屈曲的发生主要受到以下因素的影响：无支承长度、截面形状、弯矩梯度等。一般通过横向扭转屈曲弹性临界弯矩来分析。

03-局部屈曲（Local Buckling)

局部屈曲是指截面内板件（腹板/翼缘）的屈曲，而 杆件整体没有屈曲。

局部屈曲引起的主要原因是板件受到的局部压应力超过了板件弹性临界屈曲应力。

这类屈曲主要发生在采用冷弯薄壁截面的杆件上。这类构件的强度和刚度计算都要考虑局部屈曲带来的影响。

04-剪切屈曲（Shear Buckling）

剪切屈曲一般发生在受到剪力作用的杆件的腹板上，引起腹板横向变形或屈曲。

剪切屈曲的发生的主要原因是剪力超过了腹板受剪弹性临界屈曲荷载。

控制剪切屈曲的关键参数是剪切屈曲应力，其大小受到以下因素的影响：板件厚度/高宽比/边界条件/材料特性等。

05-壳屈曲（Shell Buckling)

壳体屈曲是指薄而弯曲的结构（壳体），如圆柱形、球形或锥形（例如储罐、筒仓、管道）在受到压力或侧向载荷时失去稳定性的现象。

当这些载荷导致壳体发生变形，从而降低其继续承受载荷的能力时，可能会导致显著的变形甚至坍塌。

导致壳体屈曲的内力可以是：轴向压力/环向压力/剪力。

壳体屈曲承载力受以下因素的影响：壳体厚度/壳体形状/边界条件/初始缺陷/材料特性等。

06-对比表

既然每种失效类型都已定义并概述了其特征，下面的表中总结了它们之间的主要区别。该表提供了一个简明的概览，突出了每种失效模式的主要受影响结构元素、导致失效的主要载荷条件、产生的变形以及决定该模式的关键因素

07-总结

在结构设计中，可能会出现几种常见的稳定性问题，尤其是在设计过程中未充分考虑的情况下。本文概述了五种此类屈曲问题。本文旨在帮助您了解这些问题的根本原因、行为及其影响的结构元素。这些知识将使您能够识别和区分这些稳定性问题，为您在分析中整合这些问题并设计出具有弹性和安全性的结构奠定坚实的基础。