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施工技术人员关于稳定分析的十个常见问题解答

 书生斋 2016-11-24

1. 屈曲系数的物理意义是什么?
答:理论上就是屈曲系数乘以所加的荷载时,结构会发生失稳。


2. 有那么多的屈曲模态,是不是看第一个就可以了,那个是最小安全系数吧?其它的模态是不是没有什么用?
答:理论上第一个模态的系数最小,这个系数满足要求就可以了。但不是说别的模态不重要,当实际施工时如果有偏差,形状接近于某个模态时,也许会发生那个模态形状的失稳。


3. 屈曲系数多少算满足要求?
答:各规范要求可能会不同,一般来说会要求 3~6 之间,取 4.5 应该可以了吧(不是很确定哦)。 屈曲系数小于 1.0 表示现有荷载作用下已经失稳了。


4. 如果得到的屈曲系数为 5,为什么我人为的把荷载放大 5 倍,看分析结果好像并没有倒塌呢?
答: 常规的结构分析是线弹性分析,并不会显示这种倒塌现象。 如果你人为的把荷载放大 5 倍重新分析,屈曲系数将会变为 1.0,表示屈曲没有安全富余了。如果非要从变形上看到这种失稳的现象,需要做非线性分析。


5. 屈曲分析中有个“可变”和“不变”选项,我应该选哪个?
答:这个是 midas 企划人员的好心啊(结果是让很多人都晕了),他们想的是自重这种荷载,实际情况是很难放大到 5 倍(不会发生这种情况),失稳大部分是自重不变的情况下,其它荷载或其它情况引起的,所以自重设为不变觉得更合理,这样才加了这个选项。有人问,那是不是要把自重设为不变啊?我的意见是看规范,规范没有说明,就问你的老总,你的老总不给意见,你就别设为不变,因为过去都不这么考虑。所以,都设为“可变”就没有人挑你毛病了,不过你自己可以试试两种情况的差别。


6. 屈曲系数出现负值是怎么回事?
答:负值的物理意义是,荷载反向且达到这个数值倍数时,会发生失稳。


7. 屈曲模态的形状好像和自振周期形状一样啊?
答:你真是一个细心之人,二者形状相同是因为二者都是解特征值问题。但是要记住哦,自振周期大小和质量、刚度相关,屈曲系数大小和刚度相关。这个刚度和什么相关呢?和截面、材料(材料强度也有关哦)、约束(包括连接刚度哦)、结构的布置相关,这个非常重要哦,对结果有疑问时从这几个方面下手,会事半功倍哦。
8. midas 中能考虑第二类失稳问题吗?


答:哇,这是遇到高手了。失稳分为第一类失稳问题和第二类失稳问题,第一类失稳问题又叫欧拉失稳或分枝点失稳问题(啥叫分枝点啊?就是像树枝分叉,有可能沿着这个枝失稳,也有可能沿着另一个枝失稳,我也只能说这些了,具体的看书吧)。第二类失稳也叫极值点失稳(为啥叫极值点失稳呢?就是你通过荷载-位移曲线,查到极值点,那个位置后荷载不增加但位移会增加,你就可以判断失稳了,记住哦,是你自己看荷载-位移曲线后自己判断)。回到正题, midas 怎么做第一类失稳和第二类失稳? midas 的屈曲分析就是第一类失稳问题, midas 中要考虑第二类失稳,需要进行几何非线性分析(考虑几何非线性的第二类失稳问题,为啥叫几何非线性呢?就是考虑几何刚度的变化了,啥叫几何刚度啊,跑题啦,去看看书吧),或者通过使用纤维模型的动力弹塑性分析(加一缓慢
的直线荷载且阻尼设为零,这可是变通方法哟,这个方法为考虑材料非线性的第二类失稳问题,为啥叫材料非线性呢?就是纤维模型中要定义钢筋和混凝土的应力-应变关系曲线)。另外,有人也使用 pushover 功能做考虑材料非线性的失稳。


9. 欧拉失稳、考虑几何非线性的失稳、考虑材料非线性的失稳的安全系数(屈曲系数)哪个更小啊?
答:很多人计算结果,屈曲系数按欧拉失稳、几何非线性失稳、材料非线性失稳的顺序逐渐变小。有人问那不是都要做材料非线性失稳了吗?不会的,规范有时会强调什么情况下需要考虑更细致一些,一般来说做欧拉失稳就可以了,除非大跨度结构或者预计材料强度接近于屈服时,一般情况下三者相差不会太大。 另外,非线性分析还可以解决前面第 4 个问题哦,你人为的放大荷载后做非线性分析,从荷载-位移曲线就能看到结构崩溃了吧。


10. 有的老总要求失稳分析时考虑初始缺陷,怎么考虑,程序中怎么实现啊?
答:这位老总是好意啊,施工时的失稳一般在什么情况下发生呢?可能是施工有偏差、荷载突然增加(特别是横向荷载)、连接的节点没有连接好,总之是你意想不到出现失误时发生吧(千万别说你的支架方案不合理啊,那可是你的责任)。所以考虑初始缺陷还是很有必要的, 你可以预测某种施工的失误,然后把节点的位置进行调整(就是在表格中调整节点坐标)。 midas 的屈曲分析中好像有一个选项,选择第一模态作为初始缺陷(这个网架规范中有)。还有一种方法是人为加荷载(这个钢结构规范有,但比较麻烦)。


11. 能不能给施工技术人员做屈曲分析提点建议?
答: 有经验的技术人员很少出现问题的, 不分析也不会出现问题, 但现在工程越来越复杂, 支架越来越高了, 设备也都是新家伙, 经验不足了啊。分析是为了对不可预知的情况进行预测,做到心里有数。现场出现了一些偏差,如果提前心里有数就不会影响工期。所以多考虑一些工况,特别是突发情况,例如施工误差、节点连接没有连接好(这种情况还是经常有的,约束达不到刚接要求啊, 可以通过释放梁单元端部约束去调整连接刚度)的情况,就能做到心里有数了。另外,只有心里有数了,才能做到经济性哦。


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