結構的整體穩定性
1概述
結構的整體穩定性指結構的整體工作能力，以及抵御抗傾覆、抗連續坍塌的能力。
結構的失穩破壞是一種突然破壞，人們沒有辦法發覺及采取補救措施，所以其導致的后果往往比較嚴重。正因為如此，在實際工程中不允許結構發生失穩破壞。
1.1穩定性的分析層次
在對某個結構進行穩定性分析，實際上應該包括兩個層次。
（一）是單根構件的穩定性分析。比如一根柱子、網殼結構的一根桿件、一個格構柱（桅桿）等。單根構件的穩定通常可以根據規范提供的公式進行設計。不過對于由多根構件組成的格構柱等子結構，還是需要做試驗及有限元分析。
（二）是整個結構的穩定分析。比如整個網殼結構、混凝土殼結構等結構整體的穩定性分析。整體穩定性分析目前只能根據有限元計算來實現。
1.2整體穩定性分析的內容
通常，穩定性分析包括兩個部分：Buckling分析和非線性“荷載-位移”全過程跟蹤分析。
（1）Buckling分析（屈曲分析是一種用于確定結構開始變得不穩定時的臨介荷載和屈曲結構發生屈曲響應時的模態形狀的技術。）
Buckling分析是一種理論解，是從純理論的角度衡量一個理想結構的穩定承載力及對應的失穩模態。目前幾乎所有的有限元軟件都可以實現這個功能。Buckling分析不需要復雜的計算過程，所以比較省時省力，可以在理論上對結構的穩定承載力進行初期的預測。但是由于Buckling分析得到的是非保守結果，偏于不安全，所以一般不能直接應用于實際工程。
但是Buckling又是整體穩定性分析中不可缺少的一步，因為一方面Buckling可以初步預測結構的穩定承載力，為后期非線性穩定分析施加的荷載提供依據；另一方面Buckling分析可以得到結構的屈曲模態，為后期非線性穩定分析提供結構初始幾何缺陷分布。
（2）非線性穩定分析
由于Buckling分析是線性的，所以它不可以考慮構件的材料非線性，所以如果在發生屈曲之前部分構件進入塑性狀態，那么Buckling也是無法模擬的。所以必須利用非線性有限元理論對結構進行考慮初始幾何缺陷、材料彈塑性等實際因素的穩定性分析。
目前應用較多的是利用弧長法對結構進行“荷載-位移”全過程跟蹤技術，來達到計算結構整體穩定承載力的目的。
由于弧長法屬于一種非線性求解方法，而且在非線性穩定分析中通常需要考慮幾何非線性、材料非線性及彈塑性，所以通常需要求助于通用有限元軟件。比如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA等。
在這些通用有限元軟件中，可以較好的計算結構的屈曲前、屈曲后性能。通常通過“荷載-位移”曲線來判斷計算結果的合理性及結構的極限穩定承載力。通過有限元軟件不但可以較好的對結構進行非線性穩定分析，同時還可以考慮初始幾何缺陷、材料非線性、材料彈塑性等問題。基本上可以實現對結構的真實模擬分析。
1.3整體穩定性分析的關鍵問題
結構的整體穩定性分析是很長時間以來一直備受關注的課題，而且在今后很長的段之間內仍將是熱門研究對象。這是因為結構整體穩定承載力的影響因素很多，例如：初始幾何缺陷、焊接應力、材料非線性、荷載形式等。所以很多問題需要大家深入考慮。
2鋼結構的整體穩定性
在鋼結構的可能破壞形式中，屬于失穩破壞的形式包括：結構和構件的整體失穩；結構和構件的局部失穩。鋼結構和構件的整體穩定，因結構形式的不同、截面形式的不同和受力狀態的不同，可以有各種形式。
下面主要介紹鋼結構中軸心受力構件的整體穩定性、梁的整體穩定性、壓彎構件的整體穩定性。
2.1軸心受壓構件整體穩定
當結構在荷載作用下處于平衡位置時，微小外界擾動使其偏離平衡位置，若外界擾動撤除后仍能恢復到初始平衡位置，則平衡是穩定的；若構件不能恢復到初始平衡位置，但仍能保持在新的平衡位置，則構件處于臨界狀態，也稱隨遇平衡；若構件不能恢復到初始平衡
位置，且在微小擾動下產生很大的彎曲變形或扭轉變形或既彎又扭的彎扭變形而喪失承載能力，則稱這種現象為軸心受壓構件喪失整體穩定性或屈曲。
（a）彎曲屈曲 （b）扭轉屈曲 （c）彎扭屈曲
