導(dǎo)語(yǔ)：鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的力學(xué)評(píng)述一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

本文作者：顏慶智工作單位：中國(guó)石油大學(xué)

壓桿穩(wěn)定與歐拉穩(wěn)定理論

（一）理想桿件歐拉穩(wěn)定[2]桿件為細(xì)長(zhǎng)等截面理想直桿，壓力作用線與桿件形心軸重合，無(wú)初始應(yīng)力影響，材料為均質(zhì)、各向同性且無(wú)限彈性，符合虎克定律的理想軸心受壓桿件，歐拉理想直桿，其穩(wěn)定臨界力解析解為歐拉臨界力。歐拉臨界力在工程軸心壓桿和梁及偏壓構(gòu)件穩(wěn)定公式里都占有重要分項(xiàng)，這正是理論的脈絡(luò)發(fā)展和各種桿件構(gòu)件受壓失穩(wěn)的本質(zhì)。講清楚這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生就會(huì)抓住問(wèn)題的本質(zhì)，力學(xué)概念明確，正確理解問(wèn)題，激發(fā)對(duì)力學(xué)理論的熱愛(ài)，在工程中舉一反三，觸類(lèi)則通。（二）建立壓應(yīng)力-穩(wěn)定概念失穩(wěn)永遠(yuǎn)跟受壓和壓應(yīng)力聯(lián)系在一起，沒(méi)有受壓就沒(méi)有失穩(wěn)。實(shí)際工程軸心壓桿穩(wěn)定性的影響因素很多，如初始應(yīng)力、初偏心、初彎曲等缺陷的影響及相互影響，不是理想直桿，多是中長(zhǎng)桿，材料不是均質(zhì)、各向不是同性，是彈塑性不是無(wú)限彈性，不符合虎克定律，不是理想軸心受壓桿件。冶金軋制加工運(yùn)輸使用過(guò)程都會(huì)造成構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的殘余應(yīng)力和殘余變形（尤其焊接加工）。這也是為什么要擁有初始缺陷的軸心壓桿實(shí)驗(yàn)，通過(guò)概率分析確定其承載力的原因。這是工程力學(xué)假定中的理想材料和構(gòu)件和工程實(shí)際之間的差異。

局部穩(wěn)定與彈性薄板穩(wěn)定理論

（一）彈性波板穩(wěn)定理論[3]腹板、翼緣板等板組中板的穩(wěn)定問(wèn)題，是按照小撓度理論板的彈性曲面微分方程，用能量法計(jì)算板的彈性失穩(wěn)荷載。本科生沒(méi)有學(xué)過(guò)彈性波板穩(wěn)定理論，需要理清幾種邊緣荷載共同作用下薄板的臨界條件板穩(wěn)定理論在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的脈絡(luò)，結(jié)合板尺寸的比例和荷載形式及板邊約束，給學(xué)生介紹彈性波板穩(wěn)定理論，給出統(tǒng)一公式，解釋不同參數(shù)。軸心壓桿、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定具有統(tǒng)一性，講清楚這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生就會(huì)抓住問(wèn)題的本質(zhì)，正確理解問(wèn)題。（二）梁的加勁肋梁的加勁肋和翼緣使腹板成為若干四邊支承的矩形板區(qū)格。這些區(qū)格一般受有彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力，以及局部壓應(yīng)力。在彎曲正應(yīng)力單獨(dú)作用下，腹板的失穩(wěn)形式如圖1a所示，凸凹波形的中心靠近其壓應(yīng)力合力的作用線。在剪應(yīng)力單獨(dú)作用下，腹板在45°方向產(chǎn)生主應(yīng)力，主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力數(shù)值上都等于剪應(yīng)力。在主壓應(yīng)力作用下，腹板失穩(wěn)形式如圖1b所示，為大約45°方向傾斜的凸凹波形。在局部壓應(yīng)力單獨(dú)作用下，腹板失穩(wěn)形式如圖1c所示，產(chǎn)生一個(gè)靠向橫向壓應(yīng)力作用邊緣的鼓曲面。但實(shí)際的腹板區(qū)格往往都是受復(fù)合應(yīng)力作用，或有一個(gè)應(yīng)力為主。（三）梁加勁肋配置時(shí)的腹板穩(wěn)定計(jì)算方法。橫向加勁肋主要防止由剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力可能引起的腹板失穩(wěn)，縱向加勁肋主要防止由彎曲壓應(yīng)力可能引起的腹板失穩(wěn)，短加勁肋主要防止由局部壓應(yīng)力可能引起的腹板失穩(wěn)。計(jì)算時(shí)，先布置加勁肋，計(jì)算各區(qū)格板的平均作用應(yīng)力和相應(yīng)的臨界應(yīng)力，正確利用相關(guān)公式計(jì)算使其滿(mǎn)足穩(wěn)定條件。若不滿(mǎn)足（不足或太富裕）穩(wěn)定條件，再調(diào)整加勁肋間距，重新計(jì)算。建議學(xué)生不利用復(fù)雜的力學(xué)概念不明確的公式去直接計(jì)算加勁肋間距。（四）板屈曲后強(qiáng)度利用[4]腹板屈曲后考慮張力場(chǎng)的作用，抗剪承載力有所提高，但由于彎矩作用下腹板受壓區(qū)屈曲后使梁的抗彎承載力有所下降，不過(guò)下降很少。采用有效截面的概念及近似計(jì)算公式來(lái)計(jì)算梁的抗彎承載力。對(duì)于承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的組合梁，其腹板宜考慮屈曲后強(qiáng)度，則可僅在支座處和固定集中荷載處設(shè)置支承加勁肋，或尚有中間橫向加勁肋，其高厚比達(dá)到250也不必設(shè)置縱向加勁肋。

梁的穩(wěn)定與開(kāi)口薄壁桿件約束扭轉(zhuǎn)

（一）梁的整體穩(wěn)定梁受彎變形后，兩個(gè)翼緣和部分腹板受壓。由于梁側(cè)向剛度不夠，會(huì)發(fā)生梁的側(cè)向彎曲失穩(wěn)變形；梁截面從上至下彎曲量不等，形成截面的扭轉(zhuǎn)變形，同時(shí)還有彎矩作用平面內(nèi)的彎曲變形。梁的整體失穩(wěn)為彎扭失穩(wěn)形式，嚴(yán)格的說(shuō)應(yīng)為：側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。（二）開(kāi)口薄壁桿件自由和約束扭轉(zhuǎn)[5]梁的整體穩(wěn)定本質(zhì)還是壓桿穩(wěn)定。但由于受拉區(qū)域提供約束，橫向力和彎剪力的存在，使問(wèn)題復(fù)雜化。其中引出了約束扭轉(zhuǎn)問(wèn)題、圣文南常數(shù)、瓦格納常數(shù)、瓦格納扭矩等系列新概念。說(shuō)新概念是因?yàn)橛械膶W(xué)校里力學(xué)不講開(kāi)口薄壁桿件自由和約束扭轉(zhuǎn)，而鋼結(jié)構(gòu)原理教材中也很多沒(méi)有這部分內(nèi)容。講清楚這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生就會(huì)抓住問(wèn)題的本質(zhì)。

壓彎構(gòu)件-數(shù)值計(jì)算-有限元方法

壓彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性是一種空間穩(wěn)定性，且為幾何非線性和材料非線性，本質(zhì)上還是壓桿穩(wěn)定，解析解幾乎是得不到的，規(guī)范和教材提供了計(jì)算公式，但解是近似的。要獲得相對(duì)精確解，就要使用有限元數(shù)值計(jì)算方法。在這里要給學(xué)生簡(jiǎn)單介紹幾何非線性和材料非線性的概念，簡(jiǎn)單介紹有限元數(shù)值計(jì)算的基本數(shù)學(xué)力學(xué)原理。