2)制作缺陷
制作缺陷通常包括构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形。各种缺陷将对钢结构的稳定承载力产生显著影响。
3)临时支撑不足
钢结构在安装过程中,当尚未完全形成整体结构之前,属几何可变体系,构件的稳定性很差。因此必须设置足够的临时支撑体系来维持安装过程中的整体稳定性。若临时支撑设置不合理或者数量不足,轻则会使部分构件丧失稳定,重则造成整个结构在施工过程中倒塌或倾覆。
4)使用不当
结构竣工投入使用后,使用不当或意外因素也是导致失稳事故的主因。例如:使用方随意改造使用功能,改变构件受力,由积灰或增加悬吊设备引起的超载,基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形,意外的冲击荷载等。
3.2局部失稳事故原因分析
局部失稳主要针对构件而言,失稳的后果虽然没有整体失稳严重,但对以下原因也应引起足够重视。
1)设计错误
设计人员忽视甚至不进行构件的局部稳定验算,或者验收方法错误,致使组成构件的各类板件宽厚比和高厚比大于规范限值。
2)构造不当
通常在构件局部受集中力较大的部位,原则上应设置构造加劲肋。另外,为了保证构件在运转过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等,但实际工程中,加劲肋数量不足、构造不当的现象比较普遍。
3)原始缺陷
原始缺陷包括钢材的负公差严重超规,制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。
4)吊点位置不合理
在吊装过程中,尤其是大型的钢结构构件,吊点位置的选定十分重要,由于吊点位置不同,构件受力状态不同。有时构件内部过大的压应力将会导致构件在吊装过程中局部失稳。因此,在钢结构设计中,针对重要构件应在图纸中说明起吊方法和吊点位置。
4 失稳事故的处理与防范
当钢结构发生整体失稳事故而倒塌后,整个结构已经报废,事故的处理已没有价值,只剩下责任的追究问题。但对于局部失稳事故可以采取加固或更换板件的做法得以解决,笔者认为,钢结构失稳事故应以防范为主,以下原则应该遵守。
1)设计人员应强化稳定设计理念
防止钢结构失稳事故的发生,设计人员肩负着最重要的职责。强化稳定设计理念十分必要。
(1)结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求,尤其是支撑体系的布置。
(2)结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情况。尤其是支座约束的影响。
(3)构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须配合。尤其要有强节点的概念。
(4)强度问题通常采用一阶分析,而稳定问题原则上应采用二
阶分析。
(5)叠加原理适用于强度问题,不适用于稳定问题。
(6)处理稳定问题应有整体观点,应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。
2)制作单位应力求减少缺陷
在常见的众多缺陷中,初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大,因此,制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。
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,采用合理的吊装方案,精心布置临时支撑,才能防止钢结构安装过程中失稳,确保结构安全。
4)使用单位应正常使用钢结构建筑
一方面,使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护,另一方面,当需要进行工艺流程和使用功能改造时,必须与设计单位或有关专业人士协商,不得擅自增加负荷或改变构件受力。
5、结束语
钢结构前景广阔,保持稳定性是经常遇到的问题,小至构件中的一块板件,大至结构体系都涉及到稳定性问题,由此造成的许多事故触目惊心。在钢结构的设计、选材、制造、施工中,必须严格控制各个环节,确保结构的安全可靠,杜绝事故的发生。
参考文献
[1] 陈少蕃著.钢结构稳定设计指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2004