（哈尔滨锅炉厂有限责任公司 150036）

摘要：锅炉的钢结构布局有着不同的变化形式，它的荷载条件非常复杂，在部分大型锅炉中，其钢结构不仅复杂，且内部结构也非常复杂，杆件数量非常多，如600MW锅炉的结构中，内部的杆件有千根之多。而锅炉的钢结构所要承担的荷载量也相当巨大，但目前，我国对多样化及众多的荷载组合工况和独立工况的构造情况仍然没有有效的设计方法和研究结构。因此，本文将要对锅炉钢结构整体的稳定性进行分析和研究。

关键词：钢结构、稳定性、锅炉、研究

由于钢结构具有较低的工程造价、有效面积较大、自身重量轻、经济效益高、施工速度快等优点，被广泛的应用到世界各地。而在钢结构中最突出的问题就是它的稳定性，在各种钢结构中都存在这类问题。稳定性是影响钢结构的重要因素，确保构件与结构的稳定性，也是钢结构中非常重要的部分。在进行钢结构的设计中，大部分都会与其稳定性有关，只要遵守相关的规定，就可以避免和预防钢结构失去稳定性的问题。

一、钢结构中稳定性的内容

1.基本概念

钢结构的横截面受外界的荷载时，最大应力就是钢结构的稳定性，这说明稳定性的主要问题就是应力。钢结构的强度主要是根据锅炉构件的屈服性与强度决定，其主要原因就是钢材料变形所产生的问题，这一问题说明钢结构的屈服性与强度之间具有本质上的差别。

2.钢结构失去稳定性的原因

在钢结构中，稳定性经常出现的问题主要有极值点失稳、分支点失稳、跨越式失稳。首先，极值点失稳的问题主要是无平衡分岔的问题。这种问题主要是在钢结构受到偏心压力时，钢结构的承受力及硬度到达承担的极限所发生变形的问题；其次，分支点失稳的问题主要是钢结构的平衡分岔的问题。这种问题是当优化平板中面与直杆轴心受到压力时，所发生的屈曲现象；最后，跨越式失稳的问题，其与上两个失稳问题存在差异，它并没有极值点与平衡分岔点。它是在失去稳定平衡点之后，会随机的跨越到另外一种平衡稳定的状态。

二、分析钢结构中的两种屈曲

1.分析钢结构特征值的屈曲

其中主要是分析荷载水平的作用，让梁中点和柱节点的垂直荷载为100KN。如在其施加的向荷载达到100KN的时候，可以获得第一阶段的模态值，当80KN乘积后为2800KN时，就可以取得结构屈曲的临界荷载。而这时钢结构中各阶段屈曲的模态就能够突显出结构的对称失稳的问题。

2.分析钢结构非线性的屈曲状态

在对钢结构的非线性屈曲进行分析和研究时，可以把屈曲的荷载特征当作是给定的荷载，把矢量的屈曲特征作为依据，在钢结构中施加扰动荷载与初始缺陷，利用对弧长法的临界荷载进行分析。而在锅炉的正常工作中，将模态分析到钢结构的临界荷载点之后，对钢结构非线性屈曲的安全性进行计算，就会很容易的在图形中对模态进行分析，其中钢结构宏的柱是最容易出现失稳屈曲的问题。在钢结构顶点位置的荷载发生位移时，可以在模态分析的图形中体现出钢结构失去稳定性的方式就是极值点的失稳。

3. 分析钢结构的动力响应

随着科技的快速发展，对锅炉钢结构框架的分析方法有很多，如转角位移法、平衡法、钢度矩阵法都是人们常用的分析方法。而其中最普遍的状况就是屈曲荷载的单层单跨。通常会运用平衡法对其进行分析和研究，同时平衡法只能适用于这类比较普遍且简单的状况中使用。在对其他结构状态进行分析时，大多数会选择运用转交位移法，而这种方法需要以二阶的分析要求为前提，在计算的过程中，必须要根据钢结构的杆件变形的程度及影响受轴力的状况加以计算。科学合理的钢结构框架设计，将结构中全部的柱共同失稳，只有这时框架的弹性就会相对稳定，在计算框架结构的同时就可以得出框架弹性的稳定性。因此，如果钢结构的框架接近或者是符合全部的结构柱失稳条件，也就能够对钢结构框架弹性稳定性的进行分析，把其视为结构框架的柱长度来进行计算。如果要计算钢结构框架的稳定性，必须把分析框架失去稳定性的模态作为依据，与此同时，钢结构框架失稳的模态也可以分为两种，一是侧移，二是无侧移。当钢结构的框架达到一定程度时，在同一个节点中结构的梁能够为钢构的框架柱提供相应的约束变矩，根据结构框架柱的子线钢度的比例对各框架进行分配。由此，就必须要考虑钢结构框架柱和横梁之间的约束力。

三、钢结构稳定性计算特点

在锅炉钢结构中，主要分析其荷载和结构变形之间所呈现的非线性关系。首先，几何的非线性问题就属于稳定性计算，运用二阶的分析方法。而这一方法也和普通结构力学计算内力的方法存在差异。在静定的结构中，结构变形和内力的计算没有关系，而其属于一阶的分析；超静定的结构中，在保证其它多余力的同时，要确保结构的变形相协调，当结构余力确定后，要在原钢结构的基础上，对结构中的内力进行计算，不需要考虑结构变形的因素。因此，这也又回到了钢结构稳定性计算的一阶分析环节。对全部的结构内力进行计算，如剪力、拉力、弯矩、压力，这些都是钢结构荷载的效应。由于钢结构的稳定计算会涉及到结构及构件等其它的初始条件，如构件中几何的长度、材料的性能、结构的内部体系、外荷载的作用、截面的组成等。而钢结构稳定性计算得出的结果，不管是极限荷载，还是屈服荷载，都能够表明，稳定性的计算结构与构件所能够承受的结构稳定承力。其次，钢结构稳定性计算也被广泛使用在结构应力问题的叠加原理中，但这一方法却不适用于稳定计算。在叠加原理中利用结构和杆件。既不包括结构的几何非线性，同时也不包括材料非线性。但是结构弹性的稳定计算却也没有符合上述的第二个前提条件，而结构的非弹性的稳定计算却同时不符合上述的全部前提条件。因此，钢结构稳定计算的不能够适用于应力问题中的叠加原理。

四、分析锅炉钢结构的稳定性方法

在一般情况下，对钢结构稳定性的问题进行分析，但必须要在钢结构的外荷载的作用下，同時结构发生变形时进行分析，结构的变形主要是对构件或结构是失稳发生的变形加以研究。而非线性是钢结构荷载和变形之间的关系，这表明处理钢结构的非线性几何的这一问题，需要利用稳定计算二阶的方法。当进行稳定计算时来确定极限荷载或是屈曲荷载。而它的方法也有很多，如静力平衡法、能量法、动力发等。动力法是结构中最普遍的方法，其最为基本的原理则是钢结构处在一种平衡的状态时，一旦对结构进行细微的干扰让其产生振动，这时钢结构所产生的荷载作用，使钢结构的振动加速及变形都会受到影响。如果钢结构的稳定荷载小于极限荷载时，结构的加速与变形都会处在一个相反的方向。当干扰停止时，其振动也会停止，使钢结构处在一个稳定的平衡状态中；如果钢结构的稳定荷载大于极限荷载时，则加速与变形就会处在一个相同的方向，当干扰被停止时，其振动依然存在，这时结构会处在一个不够平衡的状态中。钢结构中的临界状态荷载也相当于是屈曲荷载，最后结构的振动几乎为零时，问题就可以解决了。

因此，锅炉钢结构中钢度的分布特点是影响锅炉钢结构整理稳定性特点的关键。在锅炉的钢结构稳定性问题的分析中，大部分都是在结构的外荷载作用的情况下，钢结构发生变形时进行分析的，结构的变形需要在研究锅炉的构件或者是结构失稳过程中，结构存在变形的现象相互对应。而钢结构的构件在失稳时而发生变形，很可能是被结构构件链接的约束影响，也可能是受钢结构的整体结构变形的影响。由此，深入的对锅炉钢结构的整体稳定性进行分析是尤为重要的，能够提高钢结构的整体受力。

参考文献：

[1]陈程，钢结构稳定性设计研究[J]，城市建设理论研究：电子版，2014（16）.

[2]刘鹏，锅炉钢结构的整体稳定性研究[J]，工程技术：引文版，2016（12）：00004-00004.