结构在外荷载作用下可能由稳定的平衡过渡到不稳定平衡,称为失稳。
根据结构失稳前后受力和变形性质是否改变,可将稳定问题分为
1、分支点失稳 ——失稳前后平衡状态所对应的变形性质发生改变。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、 极值点失稳——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。
3、 跳跃失稳——荷载增加到一定程度时,构件由受压突然翻转为受拉,出现跳跃现象。
结构的变形在荷载达到临界值前后发生性质上的突变,可视为一种特殊形式的分支点失稳。
工程结构失稳实例 1922年美国华盛顿剧院薄壁大梁失稳倒塌 ;美国东部康涅狄 格州哈特福市中心体育馆,能容纳12500 人的大跨度网架结构, 于1971 年施工,1975 年建成,在1978 年的一场暴风雪中倒塌, 事故的原因也是个别压杆失稳。 历史上曾经有不少桥梁因失稳而造成的事故。例如,俄罗斯的克夫达敞开式桥,于1875年因上弦压杆失稳而引起全桥破坏;加拿大的魁北克(Quebec)桥于1907年在架设过程中由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而引起严重破坏事故;前苏联的莫兹尔桥,于1925年试车时由于压杆失稳而发生事故;澳大利亚墨尔本附近的西门(West Gate)桥,于1970年在架设拼拢整孔左右两半钢箱梁时,上翼板在跨中央失稳,导致112m的整跨倒塌。
桥梁结构的失稳现象可分为下列几类:①个别构件的失稳,例如压杆的失稳和梁的侧倾;②部分结构或整个结构的失稳,例如桥门架或整个拱桥的失稳;③构件的局部失稳,例如组成压杆的板和板梁腹板的翘曲等,而局部失稳常导致整个体系的失稳。
结构平衡状态的分类: 根据结构在受到外界干扰后是否能恢复到初始平衡状态而将结构分为
稳定的平衡状态——能完全恢复到初始平衡位置
不稳定的平衡状态——不能完全恢复初始平衡位置
随遇平衡状态——在偏离初始平衡位置一个很小范围内任何位置保持平衡。