不稳定概念
失稳又称屈曲，是指钢结构或构件在承载力极限状态下，失去整体或局部稳定性。由于钢结构的强度很高，用它制成的构件比较细长，具有相对较小的体积，其构件的板宽而薄，在荷载作用下很容易失稳。因此，在钢结构设计中，稳定性比强度更重要，它往往控制着承载力。
材料组成构件，构件组成结构。就钢结构的基本构件而言，可分为三类：轴向荷载构件（轴向拉伸、轴向压缩）、弯曲构件和偏心荷载构件。对于构件和偏心拉伸构件，不存在稳定性问题。对于其他构件，除了强度和刚度外，稳定性也是关键问题。
钢结构工程事故往往是由于失稳引起的，1907年加拿大魁北克大桥在施工中发生垮塌钢结构网架挠度允许值，9000t重的钢结构整体坠入河中，造成75名在桥上工作的人员死亡，其破坏原因就是悬臂被破坏。大跨度箱形截面钢梁桥在1970年前后发生事故，美国哈特福德体育场网架结构，平面尺寸92m*110m，1978年突然倒塌坠地，就是压杆屈曲。我国也不例外，1988年太原一座13.2m*17.99m的网架倒塌。
钢结构具有塑性好这一显著特点，当结构因抗拉强度不足而发生破坏时，在破坏前就会出现征兆，表现为较大的变形，而当结构因抗压稳定性不足而发生破坏时，在失稳前变形可能已经很大，而钢结构则较小，表现出脆性破坏的特征。而且脆性破坏的突然性也使得失稳破坏更加危险，因此应引起从事钢结构工程技术人员的高度重视。
不稳定的类型和特征
钢结构的失稳可分为整体失稳和局部失稳。但从性质上讲，又可分为以下三类。
1. 平衡分岔不稳定性
完美（即无缺陷、平直的）轴压杆件和完美中面压缩板的失稳属于平衡分叉失稳范畴。同样属于这一类的还有理想弯曲杆件和压缩圆柱壳等。
平衡分岔不稳定性又称分支点不稳定性，称为第一类稳定性问题，又可分为稳定分岔不稳定性与不稳定分岔不稳定性。
（1）稳定分岔不稳定性
该类屈曲特点是平衡状态稳定，当结构达到临界状态时，由非屈曲平衡构型过渡到无限接近屈曲平衡构型，即由直杆发生微小转变，见图7.1。直杆的轴向压缩和平面中部压缩均属于此类情况。板具有明显的屈曲后强度，在门式刚架设计中已有应用。
（2）不稳定分岔不稳定性
结构屈曲后，只能在远低于临界载荷的载荷下保持其平衡构形。例如，受均匀轴向载荷作用的圆柱壳（见图 7.2）；受均匀外压作用的球壳；桁架柱；薄壁钢方管。这种屈曲也被称为“有限干涉屈曲”，因为在有限的干涉下，屈曲载荷可以
它可以从半屈曲平衡位置转变为非相邻屈曲平衡位置。
需要强调的是，稳定分岔不稳定性与不稳定分岔不稳定性对缺陷的敏感性完全不同。图7.1和7.2中的虚线表示构件存在几何缺陷时的载荷-变形关系，虚线不再有分岔点。区别在于，图7.1中虽然存在缺陷，但载荷仍可以高于临界值；而图7.2中，载荷的极低值比无缺陷时低得多。因此，它是不稳定的。分岔不稳定性对缺陷特别敏感，如果在设计此类结构时忽略缺陷的影响，必然会出现严重的后果。
2. 极值点不稳定性
极点失稳又称第二类稳定性问题，如图7.3所示。发生极点失稳的偏心受压构件荷载-挠度曲线只有极点B，并不像理想的轴心受压构件出现在同一点，而是存在两个变形状态不同的分岔点，构件弯曲变形性质不发生改变，所以这种失稳称为极点失稳。它是指建筑钢材制成的偏心受压构件钢结构网架挠度允许值，当塑性发展到一定程度时，丧失稳定的承载能力。双向受弯构件和双向弯压弯构件的弹塑性弯扭失稳均属于极点失稳。对于实际的轴心受压构件，由于存在初始弯曲、初始偏心等几何缺陷，也应属于偏心受压构件的范畴。因此，极点失稳现象十分常见。
3. 跳跃式不稳定
此类失稳的特点是：既无平衡分叉点，又无极值点，但有点类似于不稳定分叉不稳定性，结构突然从一种平衡构型跳跃到另一种平衡构型，伴随很大的变形，失去稳定平衡，经过一段时间的不稳定平衡，然后又恢复稳定平衡。此类失稳的例子有铰接拱、平板壳、平板网壳等。跳跃后的荷载可以大于临界值，但实际工程中不允许出现这么大的变形，因为过大的变形会造成结构破坏，所以应以临界荷载作为承载极限。
图7.4为一端铰接的扁拱，在均布荷载q作用下，产生挠度w，其荷载-挠度曲线也存在稳定的上升段OA，但当达到曲线最高点A时，突然跳跃到非相邻的具有较大变形的大变形点C，拱结构瞬间下垂。虚线AB处处于失稳状态，虽然BC段稳定，且一直在上升，但此时结构已遭到破坏，无法使用。
稳定性是钢结构最突出的问题。长期以来，在很多工程技术人员的头脑中，强度概念明确，而稳定性概念淡漠，存在强度重于稳定性的错误思想。此次钢结构失稳事故付出了惨痛的代价，得到了深刻的教训。钢结构失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类，其原因分别如下。
整体失稳事故原因分析
1.设计错误
设计失误主要与设计人员的水平有关，例如缺乏稳定性概念；稳定性验算公式不正确；只校核基本构件的稳定性而忽略了整体结构的稳定性验算；计算图及支撑约束与实际受力不符，设计安全储备太小等。
2.制造缺陷
制造缺陷通常有初始弯曲、初始偏心、构件热轧和冷加工、焊接引起的残余变形等，各类缺陷都会对钢结构的稳定承载能力产生重大影响。
3.临时支撑不足
在安装过程中，钢结构在未完全成型之前，是一个几何可变的体系，构件的稳定性很差。因此，必须设置足够的临时支撑体系，以维持安装过程中的整体稳定性。如果不合理或数量不足，轻则部分构件失去稳定性，重则整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。
4. 不当使用
结构建成投入使用后，使用不当或意外因素也是造成失稳事故的主要原因。例如：使用者任意改变使用功能、改变构件受力、粉尘堆积或增设悬吊设备引起的超载、基础不均匀沉降以及温度应力引起的附加变形、意外的冲击荷载等。
局部失稳事故原因分析
局部失稳主要发生在构件上，虽然失稳的后果不如整体失稳严重，但也应引起足够重视。
1.设计错误
设计人员忽视甚至没有做构件的局部稳定性验证，或采用不正确的验收方法，导致组成构件的各类板材的宽厚比、高厚比超出规范极限。
2.施工不当
原则上，在构件受集中力较大的部位，应设置结构加劲肋，另外，为保证构件在使用过程中不变形，还必须设置横隔板和加劲肋，但在实际工程中，加劲肋数量不足，施工不当的现象相当普遍。
3. 原始缺陷
原始缺陷包括钢材负公差严重超出规范、生产过程中因焊接等工序引起的局部鼓肚、波状变形等。
4.挂点位置不合理
在吊装过程中，特别是大型钢结构构件，吊点位置的选择非常重要，由于吊点位置不同，构件的受力状态也不同，有时构件内部的压应力过大，会造成构件局部失稳。因此，在钢结构设计时，对重要构件的吊装方式及吊点位置应在图纸中明确。
失稳事故处理与预防
当钢结构因整体失稳而倒塌时，整个结构就报废了，事故处理也没有任何意义，剩下的就只是责任问题了。而局部失稳事故，可以通过加固或更换板材等方法解决。笔者认为，钢结构失稳事故应以预防为主，并应遵循以下原则。
1.设计师应强化稳定设计理念
防止钢结构失稳事故发生，设计师负有最重要的责任，必须强化稳定设计理念。
1、结构总体布局必须考虑整个系统及其各部件的稳定性要求，特别是支撑系统的布局。
2.结构稳定计算方法的假设必须与实际受力情况相一致，特别是支撑约束的影响。
3、构件的稳定性计算必须与细部结构的稳定性计算相协调，特别要考虑强节点的概念。
4.强度问题通常按一阶分析，而稳定性问题原则上应按二阶分析。
5. 叠加原理适用于强度问题，但不适用于稳定性问题。
6.处理稳定问题要有整体思维，兼顾整体稳定和局部稳定。
2. 生产单位应努力减少缺陷
在众多常见缺陷中，初始弯曲、初始偏心及残余应力对稳定承载能力影响最大，因此制造单位应通过合理的工艺和质量控制措施，将缺陷减少到最低限度。
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、采用合理的吊装计划、周密地布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程中出现失稳现象，确保结构的安全。
4、使用单位应正常使用钢结构建筑
一方面，使用方应注意对所建造的钢结构进行定期检查和维护，另一方面，当需要对工艺流程、功能进行修改时，必须与设计单位或有关专业人员协商，不得擅自增加荷载或改变构件应力。
总之，通过各方的共同努力，钢结构失稳事故是可以得到根本解决的。
明华是做什么的？
干式钢结构
钢结构太多
如果是，那你就OUT了，她是一位理论与实践并重的资深钢结构设计师，黑建筑钢结构老师，明华钢结构工作室创始人。
你怎么知道这么多？
我已关注明华钢结构工作室微信公众号！
