鋼結構設計中的突出問題之一就是結構的穩(wěn)定性，無論何種類型的鋼結構，都應當考慮其失穩(wěn)問題。 如果鋼結構的失穩(wěn)設計不當，將會存在事故隱患，造成不應有的損失。
因為鋼結構失穩(wěn)導致的工程事故案例在現(xiàn)實社會中已發(fā)生多起。 例如，２０１０年１月３日發(fā)生的昆明新機場３８ｍ鋼結構橋跨垮塌事件，造成７人死亡、８人重傷、２６人輕傷，發(fā)生事故的原因是橋下鋼結構支撐體系突然失穩(wěn)，８ｍ高的橋面隨即垮塌下來。 究其造成事故的原因通常是由于設計者的經(jīng)驗不足，結構設計不合理，導致結構設計存在缺陷，因此，要從根本上避免類似事故的發(fā)生，鋼結構穩(wěn)定性設計是關鍵。
１　　鋼結構失穩(wěn)的分類
１．?。薄【哂衅胶夥植淼姆€(wěn)定問題
鋼結構軸心受壓構件在完好的情況下，當端部受到荷載壓力時，所承受的壓力小于等于某一限值時，構件保持平直，構件截面承受著均勻的壓應力，即使沿軸線所產(chǎn)生的狀況也只是壓縮變形。相反，如果當端部受到荷載壓力時，所承受的壓力大于限值時，構件會突然發(fā)生彎曲，導致原有的軸心受壓平衡形式發(fā)生改變，從而出現(xiàn)分支點失穩(wěn)，即平衡分岔的穩(wěn)定問題。完善的（即無缺陷、挺直的）軸心受壓構件和完善的在中面內(nèi)受壓的平板的失穩(wěn)都屬于這一類失穩(wěn)問題。 從設計的角度看，這類鋼結構具有承擔
大于屈曲荷載的承載能力，即具有屈曲后強度，因此，這種屈曲破壞是有預兆的延性破壞。
１．２　無平衡分岔的穩(wěn)定問題
無平衡分岔的穩(wěn)定問題，即極值點失穩(wěn)，這種現(xiàn)象比較普遍，常常出現(xiàn)在鋼結構設計中。 該失穩(wěn)主要是由于鋼材做成的偏心受壓構件，在塑性發(fā)展到一定程度時喪失穩(wěn)定的能力，從而導致平衡形式發(fā)生改變出現(xiàn)失穩(wěn)。 在通常的實際操作中會把極值點失穩(wěn)轉換為分支點失穩(wěn)來進行處理。
１．　３　躍越失穩(wěn)問題
這類失穩(wěn)不同于以上兩種類型，其既無極值點，又無平衡分岔點，它是在喪失穩(wěn)定平衡之后跳躍到另一個穩(wěn)定平衡狀態(tài)。 例如，扁殼、坦拱、空間桁架和扁平的網(wǎng)殼有可能發(fā)生跳躍失穩(wěn)。 但在實際工程中是不允許出現(xiàn)這樣大的變形，所以應該以臨界荷載作為承載的極限。從設計的角度看，這此類結構的跨高比越大，臨界荷載越小。初始幾何缺陷對結構的臨界荷載影響不大。
由此可見，區(qū)分結構失穩(wěn)類型的性質十分重要，這樣才能正確估量結構的穩(wěn)定承載力。 設計為軸心受壓的構件，實際上總不可避免地會有一點初彎曲，荷載的作用點也難免有偏心。 因此，要真正掌握這種構件的性能，了解缺陷對它的影響，其他構件也都有缺陷影響問題［３］。

２　　鋼結構穩(wěn)定性設計的基本原則

在鋼結構設計過程中，要綜合考慮建筑的實際情況以及建筑使用要求，最大限度的確保所設計的鋼結構可以很好的符合標準。在設計中，應當在滿足穩(wěn)定性和強度的前提下，最大可能的降低鋼材使用量，減少鋼結構的自重，以便可以在出現(xiàn)較大負荷的情況下，使得鋼結構具備良好的承載能力。 在施工過程中，還應當減少不必要的安裝實踐和制造實踐，以便可以更好的運輸和維護鋼結構，使總成本能夠有效降低。 除此之外，所設計的鋼結構還應盡可能地具備一定的審美價值［４］。
３　　加固鋼結構的方法
鋼結構的穩(wěn)定性會受到施工過程中的諸多外界因素影響，因此，在鋼結構穩(wěn)定性設計中，需要借助一些必要的加固方法對鋼結構進行加固，確保其整體穩(wěn)定性可以滿足建筑使用要求，這對提高建筑物的整體性能具有重要意義［５］。為了提高鋼結構的穩(wěn)定性設計質量使其滿足建筑使用要求。 目前，對鋼結構穩(wěn)定性加固的主要方法有：對結構計算圖形進行改變加固、 減輕荷載、連接點加固、纖維增強復合材料結構加固等。
３．１　改變結構計算圖形的加固
改變結構計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點的性質和邊界條件等［６］，通過合理增設附加桿件和支撐來對結構施加預應力，同時還要考慮空間協(xié)同因素的應用，
這樣就可以使鋼結構的穩(wěn)定性得到進一步強化。
例如，某醫(yī)院的鋼結構大廳存在構件截面選擇不當?shù)葐栴}，陳耀等［７］針對上述問題重新對該結構進行內(nèi)力和位移驗算。 依據(jù)驗算的結果、現(xiàn)場檢測獲得的材料及結構性能參數(shù)，采用體外預應力技術對不滿足要求的構件進行加固，加固后的鋼結構大廳，鋼梁的撓度和承載能力均可滿足規(guī)范及正常使用的要求。 該加固方法是將預應力筋布置在待加固構件的截面之外，通過改變結構的傳力路徑減少構件的荷載效應，同時改良原結構承載力的一種加固技術，不僅改善了梁的承載能力，還改善了構件的變形性能。
３．２　減輕及改變荷載的分布
通過受彎桿件荷載的改變，把單獨的集中端部支撐荷載承受轉變?yōu)槎鄠€的端部支撐的荷載承受并進行相應的加固。 在選取截面進行加固時，一定要注意到截面的形式，其須具有實際的加固缺陷與損傷滿足的加固要求，這樣才能確保鋼結構變得更加穩(wěn)定［８］，這樣也是改善鋼結構穩(wěn)定性設計的有效方法。
３．３　連接點加固
鋼結構的節(jié)點連接是鋼結構整體作用的關鍵環(huán)節(jié)，在設計和施工過程中，要做到“強節(jié)點，強連接”。鋼結構連接加固的方法，即采用焊縫、鉚釘、普通螺栓或高強度螺栓等方式對鋼結構進行連接加固。在實際工程中應首先依據(jù)結構加固的原因和目的、 鋼結構實際受力情況和構造等進行分析后，再確定固件連接方式。
一般情況下，采用焊縫連接的過程中，注意要選用已被確認的焊接工藝與連接材料進行焊接加固，以確保鋼結構穩(wěn)定性。 王元清等［９］
根據(jù)現(xiàn)行設計規(guī)范對某鋼結構辦公樓工程鋼管桁架Ｔ型節(jié)點和Ｋ型節(jié)點進行了全面的復核計算，對強度不滿足要求的節(jié)點進行了加固分析，其中Ｋ型節(jié)點選擇肋板加固，Ｔ型節(jié)點選擇套管加固，并通過有限元軟件對節(jié)點的加固后強度進行了計算分析，結果證實了加固后節(jié)點能滿足安全要求。
３．４　纖維增強復合材料結構加固技術

纖維增強復合材料（　Ｆｉｂｅｒ?。遥澹椋睿妫铮颍悖澹洹。校铮欤恚澹?，　簡稱ＦＲＰ）是由增強纖維材料與基體材料經(jīng)過纏繞、 模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材料。 根據(jù)增強材料的不同，常見的纖維增強復合材料可以分為：玻璃纖維增強復合材料（ＧＦＲＰ），碳纖維增強復合材料（ＣＦＲＰ）以及芳綸纖維增強復合材料（ＡＦＲＰ）等類型。 纖維增強復合材料結構加固技術具有明顯的優(yōu)勢：

（１）具有較高的比強度

和比剛度，加固后原結構的自重和尺寸基本不變；

（２）復合材料具有良好的耐腐蝕和抗疲勞性能；

（３）柔性的復合材料能夠用于任意封閉或形狀復雜的鋼結構加固。 密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕

的隱患；

（４）成本低、 效率高、易于操作，在狹小空間亦可施工，適于現(xiàn)場修復；（５）適用范圍廣，由于施工過程中不會出現(xiàn)明火，可以用于各種特殊環(huán)境［１０］。纖維增強復合材料加固鋼結構技術是將纖維

增強復合材料粘貼到受損鋼結構的表面，使一部分荷載傳遞到纖維增強復合材料上，降低受損構件的應力水平，從而達到加固鋼結構的效果，延長受損鋼結構構件的使用壽命［１１］。

４　　結語
從已經(jīng)發(fā)生的諸多工程案例中已經(jīng)證實鋼結構的失穩(wěn)破壞是比較突然的，屈曲一旦發(fā)生，結構隨即崩潰，十分危險。 因而從事鋼結構的設計人員應特別重視鋼結構的穩(wěn)定問題，了解引起鋼結構失穩(wěn)的因素，掌握正確的計算方法，豐富穩(wěn)定性設計的相關知識，克服結構設計缺陷，從而避免工程中的失穩(wěn)破壞。 在鋼結構穩(wěn)定性的研究領域中，還有諸多尚未解決的問題，總之，只有認真對待鋼結構的穩(wěn)定問題，才會使得鋼結構設計理論和方法不斷地完善。

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文章來源： 永年加固公司
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