局部失稳是
钢结构中板件在受压、受弯、受剪或复杂应力作用下,因宽厚比过大导致屈曲的现象,常见于
组合构件。其本质为刚度不足引起的失稳,虽不立即引发整体失稳,但会减少截面有效承载面积,加速构件整体失效进程。钢结构设计通过限制板件宽厚比(如S5级截面翼缘宽厚比限值9-20)或设置
加劲肋进行控制,轧制型钢因宽厚比较小通常不易发生此类现象。
构件发生局部失稳后并不一定立即导致构件的整体失稳,也可能继续维持着构件整体的平衡状态。由于部分板件屈曲后退出工作,使构件的有效截面减小,会加速构件整体失稳而丧失承载能力。
即便如此,在进行钢结构设计时,应严格控制板件的宽厚比。由于轧制型钢板件的宽厚比不大,一般不会发生局部失稳。对于组合构件,在构造要求不允许改变宽厚比时,可考虑在板件上如受力较大处设置加劲肋以改善构件的局部稳定性。
当荷载逐渐增加时,结构原有的平衡形式被破坏了,并出现了与原平衡形式有本质区别的新的平衡形式,由稳定平衡转变为不稳定平衡,出现了稳定性的转变。分支点是平衡状态从稳定转变为不稳定的分界点。在分支点处所对应的荷载称为屈曲荷载或临界荷载。
虽不出现新的变形形式,但结构原来的变形将增大或材料的应力超过其许可值,结构不能正常工作。失稳前后变形性质没有发生变化,力-位移关系曲线存在极值点,达到极值点的荷载使变形迅速增长,导致结构压溃。
按结构失稳时材料所处的工作阶段来说,结构失稳可分为:弹性失稳、弹塑性失稳、塑性失稳三种。其中结构的弹性失稳主要类型有
分支点失稳(第一类失稳)和极值点失稳(第二类失稳)两种。此外,有些结构(如承受均布荷载的扁平拱等)还可能发生更复杂的跳跃式失稳(称为第三类失稳)。
结构弹性稳定计算的中心任务,就是要确定临界荷载。判断平衡稳定性的主要准则有静力准则、能量准则、动作准则和初始缺陷准则等;计算临界荷载的方法主要有静力法、能量法和动力法。