威金斯气柜的受力结构是上端自由、下端固定约束的空间加劲圆柱壳钢结构受力体系。从前面对气柜在各种荷载作用下的静力分析中可以知,强度破坏不是造成气柜倒塌的决定性因素;而对于气柜这种壳厚约为
结构稳定性概述
在结构的分析中主要研究的是平衡现象,也就是研究结构处于平衡状态时其力学特性以及内力分布规律。而稳定则是结构所处的一种状态。
稳定,实际上可以分为三类:第一类是几何稳定,这主要指的是结构的几何构成或结构体系的几何构成是否充分必要,这类失稳现象主要指的是结构所发生的几何可变;第二类是约束稳定,主要指结构的约束是否充分必要,反映这种失稳现象的是结构发生刚体位移或不稳定的大位移;第三类是变形稳定,这类失稳现象的反映的是满足几何、约束充分必要条件的大变位或大位移或位移跳跃等。无论物体失稳还是结构失稳,失稳的真正含义都是几何突变,即在任意微小的外力干扰下物体或结构的几何发生极大改变。就结构而言,一旦发生失稳,并不伴随极大的应力改变,这与结构的大变形或大位移不尽相同的。
在保守荷载系统下弹性结构存在两种失稳或称屈曲形式。即分枝点失稳(屈曲)和极值点失稳(屈曲)。
如果结构在屈曲前以某种变形模式与外荷载平衡,当外荷载小于临界荷载时,平衡是稳定的;当外荷载超过临界荷载时,基本平衡状态成为不稳定的平衡,在它附近还存在另一个平衡状态。此时一旦有微小扰动,平衡形式就会发生质变,由基本平衡状态屈曲后到达新的平衡状态,由于结构平衡路径在A点发生分枝,所以这种屈曲被称为分枝点屈曲,一般地,结构基本平衡路径对应的平衡路径称为基本平衡路径(Primarypath),新平衡状态对应的平衡路径称为分枝平衡路径(Secondarypath),两条路径的交叉点A称为分枝点,分枝点对应分枝失稳临界荷载。
分枝点屈曲通常是经典的线性理论的研究结果,它除了线性假设外,还假定结构是完善的,没有任何初始缺陷。
一般地,如果考虑结构的初始缺陷及结构的非线性性能,结构屈曲就不再是分枝点屈曲,而是极值点屈曲。所谓极值点屈曲是指结构的平衡路径不发生分枝现象,即平衡形式不发生质变,但当外荷载增大到临界荷载Pmax后稳定的平衡状态变为不稳定的平衡状态,荷载必须逐渐下降才能维持结构内外力之间的平衡,否则,即使荷载不变,结构也会发生很大的位移,由于临界荷载对应的平衡路径上的B点表现为极值点,所以这种屈曲又称为极值点屈曲。虽然越过极值点B以后,荷载下降能维持结构平衡,但由于这种平衡的不稳定,结构将在不变的荷载Pmax作用下发生大幅度的振动而跳向稳定的平衡状态D,这种不稳定的屈曲后反应,被称为跳跃失稳(snapthrough)。