當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)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,若外界擾動除去后仍然能恢復(fù)到初始平衡位置,則平衡是穩(wěn)定的;若外界擾動除去后不能恢復(fù)到初始平衡位置,且偏離初始平衡位置愈來愈遠(yuǎn),則平衡是不穩(wěn)定的;若外界擾動除去后不能恢復(fù)到初始平衡位置,但仍然能保持在新的平衡位置,則是處于臨界狀態(tài),也稱隨遇平衡。當(dāng)軸心受壓構(gòu)件截面上的平均應(yīng)力低于或遠(yuǎn)低于鋼材的屈服強(qiáng)度時,若由于其內(nèi)力與外力之間不能保持平衡的穩(wěn)定性,微小擾動即促使構(gòu)件產(chǎn)生很大的彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形或既彎又扭的彎扭變形而喪失承載能力,稱這種現(xiàn)象為軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定性或屈曲。根據(jù)變形形式又分為彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈 曲或彎扭屈曲,如圖4-4所示。軸心受壓構(gòu)件的承載力,除長細(xì)比很小和有孔洞等削弱的構(gòu)件可能由強(qiáng)度條件控制外,通常是由整體穩(wěn)定條件決定承載力。軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定常常是突發(fā)性的,容易造成嚴(yán)重后果。例如,1907年8月29日在建的加拿大圣勞倫斯河上的魁北克大橋(鋼和架三跨懸式橋,中跨長549m,兩邊跨各長152m因懸伸部分的受壓下弦桿喪失穩(wěn)定,導(dǎo)致已安裝的陰陽鋼構(gòu)件跨了下來,造成75名橋上施工人員遇難。整個事故過程僅15s。因此應(yīng)給予受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定特別重視。
軸心受壓構(gòu)件由內(nèi)力與外力平衡的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)的分界標(biāo)志是臨界狀態(tài),處于臨界狀態(tài)時的軸心壓力稱為臨界力Ncr>N盯除以構(gòu)件毛截面面積A所得的應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力σcr。
鋼結(jié)構(gòu)雙軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式一般為彎曲屈曲,只有當(dāng)截面的扭轉(zhuǎn)剛度較小時(如十字形截面),有可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)屈曲。單軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件繞非對稱軸屈曲時,為彎曲屈曲;若繞對稱軸屈曲時,由于軸心壓力所通過的截面形心與截面的扭轉(zhuǎn)中心不重合,此時發(fā)生的彎曲變形總伴隨著扭轉(zhuǎn)變形,屬于彎扭屈曲。截面無對稱軸的軸心受壓構(gòu)件,其屈曲形式都屬于彎扭屈曲。