基于可靠性分析在钢结构稳定设计中的研究

2014-08-27胡明悦

中国科技纵横 2014年14期

关键词：钢材钢结构可靠性

胡明悦

(博思格建筑钢结构(广州)有限公司,广东广州 510530)

基于可靠性分析在钢结构稳定设计中的研究

胡明悦

(博思格建筑钢结构(广州)有限公司,广东广州 510530)

钢结构是现建筑结构的主要类型之一,钢结构的稳定性直接关系到钢结构行业的发展,因此,钢结构行业要想在竞争激烈的市场环境下得到发展,就必须保障其稳定性。本文基于可靠性分析对钢结构稳定设计进行了相关的研究。

可靠性钢结构稳定

钢结构有着强度高、韧性好、变形能力强、可靠性高等特点被广泛的应用在现代社会各个领域，尤其是在建筑领域，能够有效的保障建筑结构的性能。钢结构的稳定性对钢结构的发展来说至关重要。随着市场经济的发展，市场竞争越来越激烈，钢结构行业要想在这个竞争激烈的市场环境中稳定发展，保障钢结构的稳定性有着重大意义。

1 钢结构的概述

钢结构是以钢材制作为主，由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成；各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接。钢结构有着强度高、自重轻、变性能力强、韧性好、可靠性高、钢材匀质性好等特点。

2 钢结构稳定设计中应遵循的原则

2.1 一致性

钢结构稳定设计的目的就是保障钢结构的可靠性，满足钢结构工程的需求[1]。因此，针对钢结构稳定设计，首先要根据钢结构工程需求，采用相应合理的结构体系，做到构件稳定计算与设计结构构造之间的一致性，做到技术先进、结构新颖、达到钢结构工程和钢结构结构的完美统一。

2.2 整体与部分的稳定性

在进行钢结构稳定设计的时候，结构整体布置首要考虑的问题就是整体与各个组成部分的稳定性，钢结构有着很强的整体性，针对钢结构的可靠性分析，一旦钢结构的部分出现问题，必然会引起整体结构的破坏，因此，钢结构稳定设计将整体与部分的因素考虑进去可以有效的保障钢结构的稳定，从而避免一些不必要的损失。

3 钢结构稳定设计中面临的问题

3.1 钢材耐火性能差

钢结构由于其自身的特殊性，本身不燃烧，但是钢材容易受到温度的影响，当温度过高时，钢材的性能就会降低，例如抗压强度、负载能力等都会随温度的升高而下降，从而钢材的可靠性就得不到保障。

3.2 可变性强

钢结构作为一种承重构件，构件的焊缝会受到温度应力的影响，由于钢结构的整体连接性强，一旦局部发生破坏，就会使得钢结构整体性能遭到破坏，从而造成较大的损失。同时钢结构长期处在一种超负荷的工作状态下，钢构件就会发生变形，钢结构的稳定性以及可靠性得不到保障，就会在使用的过程中产生安全隐患。

3.3 钢结构易腐蚀

从我国现阶段钢结构应用现状可以看出，钢结构大多都是露天的，钢结构容易受到雨水的影响，长时间后就会生锈，特别是现在空气污染严重，空气中二氧化硫含量增多，当碰到雨水天气，二氧化硫与钢材接触后就会发生化学反应，钢材就会被腐蚀，钢结构性能就会变差。

4 基于可靠性分析对钢结构稳定设计中存在问题的应对措施

4.1 钢结构防火涂料

钢结构防火涂料就是在钢结构表面涂上一层防火的材料，从而在钢结构表面形成一层耐火隔热的保护层。在钢结构中，钢结构自身是不会燃烧的，但是温度太高的话会使得钢结构自身发生一些性质的变化，使得钢结构自身的性能变差，因此，防火涂料在钢结构中的作用是非常大的。

4.2 针对可变性强的应对措施

为了避免温度应力给钢结构造成影响，在钢结构中涂抹一层砂浆，并用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝并保证钢结构的强度，形成保护膜，同时为了避免钢结构超负荷作业，可以分时段作业，针对一些大型的器件尽量避免在钢结构上作业。

4.3 防腐蚀措施

钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件。钢结构在涂油漆前应彻底除锈，油漆质量和涂层厚度均应符合相关规范要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在于检查、维修的死角[2]。新建造的钢结构一般隔一定时间都要重新刷涂料，从而确保钢结构的整体性能。

5 钢结构稳定设计的可靠性分析

5.1 钢结构强度的可靠性分析

钢结构的强度指标包括弹性极限σe，屈服极限σy，和抗拉极限σu。弹性极限指的是对钢材进行拉伸试验，当应力s不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减；卸除荷载后(s=0)试件变形也完全恢复(ε=0)，没有残余变形。钢材的这种性质叫弹性。在应力-应变曲线上，弹性阶段所对应的最高应力点σe称为弹性极限。设计时以钢材的屈服强度为基础，屈服强度高可以减轻结构的自重，节省钢材，降低造价。抗拉强度σu即是钢材破坏前所能承受的最大应力，此时的结构因塑性变形很大而失去使用性能，但结构变形大而不垮，满足结构抵抗罕遇地震时的要求。‘σu/σy值的大小，可以看作钢材强度储备的参数。

5.2 钢结构耐久性的可靠性分析

影响钢结构耐久性的因素既有人为的因素也有自然因素，针对人为因素，就是要加强钢结构设计的监督，加强钢结构工程施工过程中的管理，针对自然因素就是在钢结构设计的时候要有针对性的进行防护。例如在某钢结构工程中，该工程施工人员考虑到雨水天气会给钢结构构件造成一定的影响，定期的对钢结构构件进行油漆维护，针对有腐蚀介质的条件下，采取特殊的保护措施，从而达到了保护钢结构的整体功能。