结构稳定性分析方法
2022-04-24
结构稳定是工程结构安全性的重要内容之一，为了确保结构的安全，工程结构或构件，除了应具有足够的刚度和强度外，还需要考虑结构稳定性。
结构稳定性是指结构或构件在荷载作用下，外力和内力保持平衡的状态。判断结构是否稳定，要看处于平衡状态下的结构或构件，在没有外界干扰后，是否回到初始平衡状态的位置。能回到初始平衡位置的结构是稳定的，反之即不稳定。
结构不稳定的状态称为结构失稳，结构失稳即稳定性失效，也就是受力构件丧失保持稳定平衡的能力。当结构或构件处于失稳时，任何小的干扰都会使结构或构件发生很大的变形，从而丧失承载能力，这种情况也称为屈曲。
结构失稳现象按其发生的范围可分为：整个结构或其部分失稳，个别构件失稳和构件的局部失稳；且均可分为平面内及平面外失稳。有时在弹性范围内不发生屈曲，而在全截面达到塑性以前发生弹塑性屈曲，因此可分为弹性稳定、弹塑性稳定与塑性稳定。任何一种失稳现象都可能使结构不能有效地工作。
结构的失稳有两种基本形式：分支点失稳、极值点失稳。
（1）第一类稳定问题（分支点失稳）
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，既可在初始位置处平衡，亦可在偏离后新的位置平衡，即平衡具有二重性。
（2）第二类稳定问题（极值点失稳）
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）。
在对结构稳定和失稳的概念和形式有了初步了解后，我们现在来看下，结构稳定性如何分析。目前，国内外在结构稳定性方面都取得了一定的成果，发明了如弧长法、广义逆法、人工弹簧法、自动求解技术、能量平衡技术等结构稳定性分析方法，但是，这些方法在具体的结构工程应用中，仍然存在很多难点。
在实际的结构工程中，为了快速对结构稳定性进行分析，我们一般会采用结构分析软件STAAD，对结构稳定性进行分析。STAAD不仅能通过算法对结构稳定性进行分析，还能分析各种结构静力载荷、动力响应、风力和地震作用等。下面，我们一起看下STAAD有哪些具体功能。
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