淺析溫度對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

沈斌

（十一冶建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司第四安裝工程分公司 廣西柳州 545007）

鋼結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性在一定程度上決定了其承載力，因此是對于一些規(guī)模較大的鋼結(jié)構(gòu)，在具體分析過程中，要重對溫度的對結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致的變形、位移等各項內(nèi)容進(jìn)行深入分析探討，完成對鋼結(jié)構(gòu)的合理分析，從而確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為人們提供一個穩(wěn)定的環(huán)境。

1 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)類型

1.1 平衡分岔失穩(wěn)

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在具體應(yīng)用過程中，在同一荷載點(diǎn)受不同因素的影響，會出現(xiàn)不平衡分岔現(xiàn)象，這將會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成較為嚴(yán)重的影響。依據(jù)構(gòu)件曲后荷載一撓度變化區(qū)別，可以將平衡分岔失穩(wěn)劃分為不穩(wěn)定分岔失穩(wěn)和穩(wěn)定分岔失穩(wěn)兩種不同類型。

1.2 極值點(diǎn)失穩(wěn)

具有極值點(diǎn)失穩(wěn)構(gòu)件荷載一撓度曲線只有極值點(diǎn)，不會在構(gòu)件上出現(xiàn)不同狀態(tài)的分叉點(diǎn)，同時構(gòu)件彎曲變形性質(zhì)也不會發(fā)生改變[1]。通過對大量的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，極值點(diǎn)失穩(wěn)是一種十分常見的現(xiàn)象，偏心受壓構(gòu)件在實際應(yīng)用過程中，彈塑性變形在達(dá)到一定程度后，構(gòu)件出現(xiàn)的失穩(wěn)都屬于極點(diǎn)失穩(wěn)，這也是需要引起相關(guān)工作人員注意的一項重要內(nèi)容。

1.3 躍越失穩(wěn)

躍越失穩(wěn)不存在平衡分岔點(diǎn)，也沒有極值點(diǎn)，該失穩(wěn)狀態(tài)與不平穩(wěn)分叉失穩(wěn)存在一定相似之處，在結(jié)構(gòu)喪失相應(yīng)的平衡后，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平衡狀態(tài)將會發(fā)生跳躍，從而處于另外一個平穩(wěn)狀態(tài)[2]。

2 尺度效應(yīng)下溫度對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響

（1）問題分析過程中，從鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的具體布置入手，通過該方式確保單個構(gòu)件和整體兩者的穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)的性能能夠達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的需求[3]。例如，設(shè)計平面體系過程中，在結(jié)構(gòu)中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況，設(shè)計一些結(jié)構(gòu)中必要的支撐體系構(gòu)建，通過該構(gòu)建，確保體系在應(yīng)用時，不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)造成造成不良影響，而在對一些無法簡化成平面的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析時，要對通過穩(wěn)定分析，對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體情況進(jìn)行分析，同時通過該方式對結(jié)構(gòu)的極限承載力進(jìn)行計算，完成對結(jié)構(gòu)情況的合理判斷。

（2）結(jié)構(gòu)計算簡圖要與計算方法依據(jù)的簡圖保持一致。在設(shè)計多層或單層框剪時，經(jīng)常通過對框架柱穩(wěn)定計算進(jìn)行應(yīng)用，通過其取代結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定分析，這也就是在問題分析過程中經(jīng)常采用的計算長度法，該方在是應(yīng)用過程中相對來說比較簡單，因此得到了廣泛應(yīng)用[4]。但是，在應(yīng)用時，需要相關(guān)工作人員注意的是，不得直接進(jìn)行簡單套用，由于該方法在的具體應(yīng)用條件為：柱頂承受對成荷載的對稱框架。這樣，在對非對稱結(jié)構(gòu)框架或非對稱結(jié)構(gòu)荷載，甚至是結(jié)構(gòu)、荷載都部不對稱的框架進(jìn)行計算時，要依據(jù)實際情況對，修正柱的計算長度系數(shù)，從而確保最終計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算的具體結(jié)果應(yīng)當(dāng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計相符。問題具體分析，如果涉及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題時，在結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造上，強(qiáng)度方面經(jīng)常會出現(xiàn)不同的的要求，下面以簡支梁為例進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 簡支梁分析內(nèi)容

3 溫度對鋼結(jié)構(gòu)造成的具體影響

通過分析溫度對鋼結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行分析，最終可以得到如下結(jié)論：

（1）溫度對于一般鋼結(jié)構(gòu)建筑來說，造成的影響并不大，但是針對一些超大型鋼結(jié)構(gòu)建筑來說，造成的影響相對來說比較大，在具體設(shè)計過程中，需要依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的實際情況，對溫度應(yīng)力和溫度原因引起的變形進(jìn)行計算。溫度變形和溫度應(yīng)力兩者本身矛盾體，鋼結(jié)構(gòu)釋放溫度應(yīng)力，將會使結(jié)構(gòu)變形變大，對溫度變形進(jìn)行合理控制，將會增加溫度應(yīng)力，因此，在鋼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)當(dāng)同時好溫度應(yīng)力和溫度變形兩項內(nèi)容，只有這樣才能確保，鋼結(jié)構(gòu)最終的穩(wěn)定性能夠達(dá)到建筑要求，從而為人們提供一個穩(wěn)定的建筑結(jié)構(gòu)。

（2）通過分析可以發(fā)現(xiàn)，對于超大鋼結(jié)構(gòu)來說，溫度不動點(diǎn)通常都發(fā)生在結(jié)構(gòu)中間位置，溫度不動點(diǎn)處剛度約束性較強(qiáng)，向結(jié)構(gòu)兩端方向，約束力將會逐漸變小，結(jié)構(gòu)中間區(qū)域，溫度應(yīng)力最大，結(jié)構(gòu)兩端的約束力將會有所降低，結(jié)構(gòu)受溫度影響，鋼架構(gòu)發(fā)生的具體變形情況，也會隨著控制能力的變?nèi)酰@也就形成了鋼結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用過程中，結(jié)構(gòu)變形情況，具體是由中間向兩端逐漸變大的趨勢。

（3）針對超長鋼結(jié)構(gòu)廠房來說，每隔20～30m左右的距離，應(yīng)當(dāng)設(shè)施相應(yīng)的柱間支撐，這些柱間支撐的設(shè)置，使廠房在具體應(yīng)用過程中，縱向的剛度得到了進(jìn)一步增強(qiáng)，提高柱間支撐設(shè)置點(diǎn)的約束力，通過該方式，可以實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)變形情況的合理控制，從而最大程度，完成對整棟廠房變形情況的合理控制[5]。在廠房中的存在的柱間支撐，可以將溫度應(yīng)力支撐合理的傳導(dǎo)相應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過該方式，提高鋼結(jié)構(gòu)在整體應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性，避免在應(yīng)用過程對結(jié)構(gòu)造成破壞，影響其應(yīng)用。

（4）針對大型鋼結(jié)構(gòu)受溫度的影響情況，在具體處理過程中，可以采取“抗”和“放”兩種不同的方式，以及三種方案解決溫度應(yīng)力好溫度控制變形，下面以廠房為例進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如下：

①柱、梁截面加強(qiáng)法

考慮到結(jié)構(gòu)中的少數(shù)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力存在不足情況，因此，在建筑結(jié)構(gòu)中，應(yīng)當(dāng)選取采用大型號高強(qiáng)度螺栓，通過對其進(jìn)行應(yīng)用，完成對溫度剪力的有效抵抗，隨著柱截面剛度的增加，剛度也會有所增加，這也就能夠?qū)崿F(xiàn)對變形的合理控制，從而完成對了對鋼結(jié)構(gòu)變形的合理控制，確保廠房結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，以免其遭到破壞。

②設(shè)置伸縮裂縫

在廠房中設(shè)置一榀鋼架，通過對其進(jìn)行應(yīng)用，將廠房一分為二，通過該方式完成對溫度應(yīng)力的有利釋放，從而完成對溫度變形情況的合理控制。

③設(shè)置溫度應(yīng)力釋放區(qū)

將矩形孔設(shè)置在牛腿和吊車梁連接處，通過實際分析結(jié)果可以斷定，吊車梁在是實際應(yīng)用過程中，受溫度縱向水平力作用影響，柱牛角腿會發(fā)生一定程度的滑動，通過該滑動，可以完成對溫度應(yīng)力的釋放，溫度應(yīng)力的減少，鋼柱間的側(cè)向推力也將會減少，這也就實現(xiàn)了對溫度變形情況的合理控制，避免了建筑結(jié)構(gòu)在應(yīng)用期間出現(xiàn)安全事故。以上三種方案的對比如表2所示。

表2 三種設(shè)計方案的對比

通過表2中的內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)置溫度應(yīng)力釋放區(qū)是一種不錯的方法，因此在條件允許的情況下，可以通過該方法，完成溫度對鋼結(jié)構(gòu)影響的合理控制，從而確保剛架構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用過程中會受到許多因素的影響，溫度是其中造成影響最大的一項因素，尤其是針對一些大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)，造成的影響更為嚴(yán)重。因此，要從鋼結(jié)構(gòu)的實際情況出發(fā)，做好相應(yīng)的分析工作，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

[1]郝鵬.建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點(diǎn)探析[J].山西建筑，2017，43（33）：34～35.

[2]彭聲美.標(biāo)準(zhǔn)化建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點(diǎn)分析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2017（20）：167～168.

[3]藍(lán)天.淺談建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性與設(shè)計要點(diǎn)[J].福建建材，2015（12）：28～29.

[4]劉創(chuàng)業(yè).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定性探究[J].武漢勘察設(shè)計，2015（06）：48～49+58.

[5]張博，于毅，夏宗發(fā)，等.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及加固方法研究[J].科技資訊，2015，13（22）：63～64.