壓桿失穩(wěn)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-16
壓桿失穩(wěn)的實(shí)例教程
屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷，屈曲分析主要包括： 線性屈曲和非線性屈曲分析。線彈性失穩(wěn)分析又稱特征值屈曲分析； 線性屈曲分析可以考慮固定的預(yù)載荷，也可使用慣性釋放；非線性屈曲分析包括幾何非線性失穩(wěn)分析， 彈塑性失穩(wěn)分析， 非線性后屈曲分析。本案例是基于optistruct對壓桿進(jìn)行簡單的線性屈曲分析，計(jì)算壓桿在承受多大載荷下回發(fā)生失穩(wěn)。
各階模態(tài)屈曲特征值及各階屈曲模態(tài)陣型動(dòng)畫
第一階模態(tài)屈曲特征值及第一階屈曲模態(tài)陣型動(dòng)畫
初始模型（加載及邊界條件）
各階模態(tài)及陣型動(dòng)畫
具體如何操作、屈曲載荷的計(jì)算等見收費(fèi)內(nèi)容部分中的模型，凡購買的朋友如有操作上的疑問可以私信！
展開 圖3
不過，這里需要特別注意，我們強(qiáng)調(diào)在建筑中避免構(gòu)件受拉，主要是因?yàn)榻ㄖ牧洗蠖嘁允摹⒒炷恋却嘈圆牧蠟橹鳎@類材料的特點(diǎn)是抗壓能力比抗拉能力強(qiáng)很多，受壓時(shí)可以表現(xiàn)出良好的力學(xué)特性，但在受拉條件下，往往表現(xiàn)的十分脆弱。
拱結(jié)構(gòu)通過恰當(dāng)設(shè)計(jì)曲率使得結(jié)構(gòu)處于受壓狀態(tài)，大大提高了石材、混凝土等建筑材料的適用性，拱結(jié)構(gòu)也成為了橋梁結(jié)構(gòu)的主要形式之一。圖4所示的拱橋完全依靠磚頭之間的相互擠壓而成，之間不承受任何的拉力，是力學(xué)與美學(xué)的完美結(jié)合。
圖4 來源網(wǎng)絡(luò)搜索
明白了上彎拱的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，再來看一下彎拱。依然用截面法畫出其受力圖，如圖5所示。很顯然，對于圖5中的下彎拱，其軸力由原來的受壓變成了受拉。
圖5
這就和我們前面講到拱結(jié)構(gòu)“減小彎矩、增加壓力”的設(shè)計(jì)原則出現(xiàn)了矛盾，下彎拱不僅不能減小彎矩，反而還增加了拉力作用，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)嗎？
解釋這個(gè)疑問，可以從兩個(gè)角度分析。第一是建筑橋梁的材料問題，前面所說的避免結(jié)構(gòu)受拉，是針對于混凝土等脆性材料，如果是鋼鐵等受拉和受壓性能幾乎一致的材料，就不用太關(guān)心結(jié)構(gòu)是受拉還是受壓。在此前提下，我們再來看受壓構(gòu)件和受拉構(gòu)件的失效模式。以常見的柱、桿形式而言，受拉桿件的主要失效是屈服或者斷裂；而對于壓柱或是壓桿，其失效模式除了屈服以外，還有一種非常危險(xiǎn)的失效方式——壓桿失穩(wěn)，即細(xì)長桿受壓時(shí)，會(huì)在低于極限應(yīng)力很小時(shí)發(fā)生彎曲變形，致使結(jié)構(gòu)失去承載能力。結(jié)構(gòu)失穩(wěn)往往會(huì)造成災(zāi)難性事故。
歷史上比較著名的失穩(wěn)事故是1903年加拿大魁北克大橋，在施工過程中由于懸伸出的組合截面的下弦壓桿失穩(wěn)造成坍塌，之后1916年重新施工時(shí)，在吊裝預(yù)制的橋梁中央段時(shí)，大橋再次倒塌。
展開 柔性準(zhǔn)則的措施：
1.增加等截面桿的長度；
2.避免截面突變；
3.安裝緩沖器；
4.選用彈性模量小的材料。
12、避免長壓桿失穩(wěn)準(zhǔn)則
對金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會(huì)破壞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)上應(yīng)避免。
注意檢查是否有細(xì)長桿受壓結(jié)構(gòu)。
改進(jìn)措施有：
1.加大截面慣性矩；
2.減小壓桿長度；
3.加強(qiáng)支撐約束性；
4.截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
5.合理選材
處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強(qiáng)度鋼；
對大柔度桿，高強(qiáng)度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼
13、 熱變形自由準(zhǔn)則
使結(jié)構(gòu)因?yàn)槭軣岬淖冃巫杂伞?具體措施：
1.留有熱變形的間隔
2.加膨脹節(jié)
3.或?qū)⒐艿雷龀蓮澋摹?END
文章來源機(jī)械設(shè)計(jì)資源分享
展開 這種方案適用于墩高不很高的情況下，畢竟當(dāng)墩很高時(shí)，臨時(shí)支墩會(huì)變得“長細(xì)比很大”，這容易導(dǎo)致壓桿失穩(wěn)。
2.墩梁直接錨固方案
通過在墩頂和主梁零號塊之間設(shè)置臨時(shí)支座和臨時(shí)錨固結(jié)構(gòu)，臨時(shí)支座通常采用硫磺砂漿混凝土或鋼砂箱來制成，臨時(shí)固結(jié)則采用預(yù)應(yīng)力束(通常是精軋螺紋鋼)進(jìn)行錨固。
硫磺砂漿是個(gè)好東西，在常溫下具有很高的抗壓強(qiáng)度，承載力很高，而在高溫下又可以迅速軟化。使其可以在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程中起到關(guān)鍵作用。
圖片來源：青山河大橋施工方案
體系轉(zhuǎn)換時(shí)，通過燃燒等各種方法給起到臨時(shí)固結(jié)作用的硫磺砂漿加熱，使其軟化，然后切斷豎向精軋螺紋鋼。
這種方案的優(yōu)點(diǎn)是不受墩高的限制，但加熱過程中要特別注意不能讓高溫影響到梁體。
3.落地支架
此方案僅僅適合于陸地，或者橋墩不高、水不太深且易于搭設(shè)臨時(shí)支架的情況，就是那種滿堂支架啦。
來源：鄭開城際鐵路首座支架現(xiàn)澆連續(xù)梁
4.懸空支架方案
當(dāng)橋高、水深時(shí)，采用布置在墩身上部的三角形支架或牛腿作為梁段的臨時(shí)支撐，采用沙筒或硫磺沙漿塊作為施工中的臨時(shí)支座。
來源：[福建]高速公路大橋工程掛籃施工方案
再回到龍巖的現(xiàn)場照片：
注意畫圈的地方了吧，圖中明顯顯示龍巖的這座橋采用的是上述第一種的承臺支墩方案。
在有條件使用承臺支墩方案和墩梁直接錨固方案時(shí)，通常會(huì)選用前者，因?yàn)樵隗w系轉(zhuǎn)換時(shí)無需在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行鋼筋切斷作業(yè)，結(jié)構(gòu)形式簡單，施工操作方便。
對于這種方案，在施工方案設(shè)計(jì)階段，肯定已經(jīng)對可能出現(xiàn)的不平衡荷載，比如施工臨時(shí)堆載、梁體量測自重不均勻系數(shù)、梁段施工不同步( 取最后節(jié)段一側(cè)完成施工，另一側(cè)完成一半) 、水平風(fēng)荷載等的影響進(jìn)行過驗(yàn)算。而且值得注意的是，直接把零號塊的自重除以支墩數(shù)量，然后以集中力的形式豎向給支墩加集中力的這種方式是有問題的，需要對多工況進(jìn)行整體的計(jì)算。
展開 這是由于受力過大，壓桿失穩(wěn)造成的坍塌。
腳手架坍塌
汽車安全通過橋梁，而不同擔(dān)心橋會(huì)垮塌。也有垮塌的橋梁，如下圖，這是由于橋墩有不能承受之重。
橋梁垮塌
你倒牛奶總是撒的到處都是，學(xué)了流體力學(xué)，媽媽再也不用擔(dān)心你的奶粉錢了！
倒牛奶
學(xué)駕照的時(shí)候，操作不當(dāng)，整個(gè)車身會(huì)抖的很厲害，膽小的朋友們就直接給嚇熄火了。學(xué)過振動(dòng)力學(xué)你就會(huì)知道這是因?yàn)槠鸩綍r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，頻率接近車體的固有頻率而引起的共振現(xiàn)象，這時(shí)候只要輕輕給腳油讓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上去越過車子的固有頻率，車子就不會(huì)抖了，而你，拿到了駕照也沒有車。
解放軍過橋的時(shí)候，不允許正步走，這也與力學(xué)有關(guān)，是為了避免橋梁共振，引起橋梁垮塌。
生活之中，力學(xué)還有很多很多，如穿的衣服的牢固程度（衣），用筷子夾肉吃飯（食），房屋質(zhì)量（住），汽車安全行駛（行），方方面面。
力學(xué)分類
主要是按照對象分，有固體力學(xué)，流體力學(xué)等（量子力學(xué)那東西，雖然有力學(xué)，當(dāng)應(yīng)該歸于物理類。），然后還有天體力學(xué)，那主要有天文那幫人搞（天體其實(shí)也算固體）。
固體力學(xué)還可以分：理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、損傷力學(xué)、斷裂力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)等等。
也有專門為計(jì)算而發(fā)展出來的計(jì)算力學(xué)，比如：有限元、離散元、邊界元等。
力學(xué)所需要的基礎(chǔ)
力學(xué)的基礎(chǔ)就是數(shù)學(xué)，雖然比不上數(shù)學(xué)專業(yè)，但是也有一定的深度，高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論、工程數(shù)學(xué)、矩陣論、張量、泛函，等數(shù)學(xué)知識是必備的。根據(jù)不同的研究方向，還需要學(xué)習(xí)其他數(shù)學(xué)知識，比如拓?fù)渲惖摹?另一個(gè)基礎(chǔ)就是編程能力，無論你用C，還是fortran，或者pytron，再或者matlab，都要熟悉算法，命令的調(diào)用。
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壓桿失穩(wěn)的最新內(nèi)容
此時(shí)，此壓桿失穩(wěn)或屈曲。
對此簡單問題，我們猜測一下這個(gè)Fe大概為多少？
當(dāng)?shù)竭_(dá)Fe時(shí)，壓桿開始便變形，根據(jù)生活常識，應(yīng)該大體變形為如下形狀：
顯然當(dāng)L足夠小時(shí)，一定會(huì)超過材料屈服強(qiáng)度也會(huì)到時(shí)結(jié)構(gòu)件失效。
特征值屈曲分析方法簡介
2.1 壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象
讓我們回憶一下幾類關(guān)于平衡的概念：穩(wěn)定平衡、不穩(wěn)定平衡以及條件穩(wěn)定平衡。
穩(wěn)定平衡：凡能在被移動(dòng)離開它的平衡位置后，仍試圖恢復(fù)其原來位置，從而恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)的物體，它原來的平衡狀態(tài)叫“穩(wěn)定平衡”。
12、避免長壓桿失穩(wěn)準(zhǔn)則
對金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會(huì)破壞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)上應(yīng)避免。
注意檢查是否有細(xì)長桿受壓結(jié)構(gòu)。
在材料力學(xué)中，強(qiáng)度問題主要通過細(xì)長結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力、應(yīng)變來分析，剛度問題主要通過變形來分析，穩(wěn)定性問題主要關(guān)心壓桿失穩(wěn)的臨界載荷。
5.雙軸對稱截面理想軸心壓桿失穩(wěn)主要有兩種形式彎曲屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲；單軸對稱截面的實(shí)腹式軸心壓繞其非對稱軸失穩(wěn)是彎曲屈曲，而繞其對稱軸失穩(wěn)是彎扭屈曲。
6.對焊接板梁強(qiáng)度計(jì)算，除進(jìn)行抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)檢算局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定。
7.焊接組合梁截面高度h根據(jù)最大高度、最小高度、經(jīng)濟(jì)高度三方面因素確定。
12、
避免長壓桿失穩(wěn)準(zhǔn)則
對金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但受壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會(huì)破壞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)上應(yīng)避免。應(yīng)注意檢查是否有細(xì)長桿受壓結(jié)構(gòu)。
改進(jìn)措施：
加大截面慣性矩；
減小壓桿長度；
加強(qiáng)支撐約束性；
截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
合理選材。
如何控制失穩(wěn)
根據(jù)材料力學(xué)的基本理論之一-歐拉公式，壓桿是否會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)，與壓桿的長細(xì)比及抗彎剛度有關(guān)。在長直管道上，多增設(shè)導(dǎo)向架（相當(dāng)于減小管段長度）、通過走向優(yōu)化減少管道系統(tǒng)外載（軸向力），都可以避免失穩(wěn)的發(fā)生。
壓桿整體失穩(wěn)形式可以是彎曲、扭轉(zhuǎn)和彎扭。鋼構(gòu)件在軸心壓力作用下，彎曲失穩(wěn)是常見的失穩(wěn)形式。而影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的主要因素為縱向殘余應(yīng)力、初始彎曲、荷載初偏心及端部約束條件等。實(shí)際的軸心受壓構(gòu)件往往會(huì)存在上述的一種或多種缺陷，導(dǎo)致構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低。
11、鋼管-竹-FRP結(jié)構(gòu)的壓桿失穩(wěn)仿真
作者：
言峰Kirei
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1819475
竹材因生長周期短、自重輕、強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被越來越多地應(yīng)用于建筑、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。
在結(jié)構(gòu)的失效形態(tài)中,屈曲是其中一種。由于屈曲導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定,對于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來說是尤為重要,因?yàn)橥ǔＴ诮Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度還沒有達(dá)到極限時(shí)就發(fā)生了屈曲。屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷，屈曲分析主要包括： 線性屈曲和非線性屈曲分析。線彈性失穩(wěn)分析又稱特征值屈曲分析； 線性屈曲分析可以考慮固定的預(yù)載荷，也可使用慣性釋放；非線性屈曲分析包括幾何非線性失穩(wěn)分析，
