摘要：隨著我國公路橋梁事業不斷發展，鋼桁橋應用越來越廣泛，但是其穩定性也顯得尤為重要。本文重點對于鋼桁橋的穩定性相關問題進行分析，在介紹鋼桁橋穩定基本情況基礎上，還針對當前穩定性的研究方法進行討論。
　　關鍵詞：鋼桁橋，穩定性，承載能力，判定方法
　　
　　1引言
　　鋼橋由于采用高強度的材料而且易于加工，因此構件重量輕，運輸、架設方便，是大跨徑橋梁的理想材料，目前各類體系橋梁中，其最大跨徑的橋梁皆為鋼橋。在要求工期短，施工干擾小的橋梁中，鋼橋也是很好的選擇。鋼橋的主要優點是：可以實現完全工業化的制造和拼裝；上、下部結構可以同時施工，能夠加快施工進度；由于鋼材具有勻質性、構件輕的特點，用懸臂法施工比較方便；可以較方便的跨越大跨，節省施工時問和費用。而鋼桁橋除了具有鋼橋的優點之外還有其自身獨特的優點：可以上、下雙層通車，能夠滿足公、鐵兩用及大交通量的需求；構件預制拼裝速度快，經濟效益顯著等[1,2]。而鋼桁橋的穩定性的研究工作較少，本文主要討論了鋼桁橋的穩定性相關問題。
　　2鋼桁橋的穩定性研究
　　世界上曾經有過不少橋梁因失穩而喪失承載能力的事故。例如：俄羅斯的克夫達敞開式橋，于1875年因上弦壓桿失穩而引起全橋破壞；1891年瑞士一座長42m的橋，當列車通過時，因結構失穩而坍塌，造成200多人死亡；加拿大的魁北克(Quebec)橋于1907年在架設過程中由于懸臂端下弦桿的腹板翹曲而引起嚴重破壞事故，并且該橋在1916年9月11開園施工中的問題二度坍塌；前蘇聯的莫茲爾橋，于1925年試車時由于壓桿失穩而發生事故；澳大利亞墨爾本附近的西門(WestGate)橋，于1970年在架設拼攏整孔左右兩半(截面)鋼箱梁時，上翼板在跨中央失穩，導致112m的整體倒塌。近年出現的事故如1998年9月，浙江寧波招寶山斜拉橋在施工時主梁斷裂，其中一個主要原因就是箱梁的底板過薄，在施工荷載作用下主梁被壓潰。
　　2.1穩定的概念與分類
　　橋梁結構的穩定性是關系其安全與經濟的主要問題之一，它與強度問題具有同等重要的意義。由于大跨度橋梁日盞廣泛地采用高強材料和薄壁結構，穩定問題變得更為重要。橋梁結構的失穩現象可以分為以下幾類[3]：(1)個別構件的失穩，例如壓桿的失穩和梁的側傾；(2)部分結構或整個結構的失穩；(3)構件的局部失穩，而局部失穩常常會導致整個結構體系的失穩。
　　嚴格來說，任何理想彈性構件或結構體系存在受壓區時都存在失穩的可能性。但是，鋼結構的穩定問題表現得遠比鋼筋混凝土結構突出，這有兩個原因：首先，依據強度來設計鋼結構和混凝土結構時，在相同邊晃條件和荷載作用下，鋼結構構件的截面尺寸要小于鋼筋混凝土構件的截面尺寸，抵抗失穩的能力要小于混凝土結構。舉例來說，設計相同長度的軸心受壓柱，鋼材強度為混凝土的十倍，彈性模量也為混凝土的十倍左右，則根據強度設計出來的鋼柱斷面為鋼筋混凝土柱的十分之一，抗彎慣性矩則為百分之一，那么鋼柱的肼值為鋼筋混凝土柱的十分之一左右。盡管可以考慮將鋼柱的斷面設計得開展一些，鋼柱的El值也仍然小于鋼筋混凝土柱的E1值，因此鋼柱的屈曲荷載遠小于鋼筋混凝土柱。
　　其次，由于鋼結構構件主要由板材構成，寬而薄的板材是很容易發生局部失穩的，而鋼筋混凝土構件則主要是實心截面，不存在局部穩定問題。
　　結構失穩不僅與材料特性有關，而且與外力作用狀態和結構及其構件的幾何形狀有關。在土建工程結構中，根據工程結構失穩時平衡狀態的變化特征，穩定問題可分為兩類：1、平衡分支問題。即達到臨界荷載時，除結構原來的平衡狀態理論上仍然可能外，出現第二個平衡狀態，例如軸心受壓的直桿。2、極值點失穩問題。即結構保持一個平衡狀態，隨著荷載的增加在應力比較大的區域出現塑性變形，當荷載達到一定數值時，即使不再增加，結構變形也自行迅速的增大而至于使結構破壞。例如偏心受壓的桿。從力學分析角度看，分析結構第二類穩定性，就是通過不斷求解計入幾何非線性和材料非線性的結構平衡方程，尋求結構極限荷載的過程。
　　鋼桁橋的極限承載能力破壞是伴隨著結構的材料非線性和幾何何非線性一起發生的。由于結構構件存在制作安裝誤差、材料缺陷、荷載施力點偏差等原因，工程上的第一類穩定問題一般是不存在的。但是因為第一類穩定問題在力學上比較單純明確，在數學上作為求特征值問題也比較容易處理，而它的臨界荷載又近似地代表相應的第二類穩定的上限，并且第一類穩定問題具有突然性，特別是對于鋼桁橋的設計，有較大的參考價值，所以目前仍然有一定的實際意義。工程中通常以第一類穩定問題的計算結果作為設計的依據。為了保證安全，一般對于鋼桁橋的穩定系數按大于4處理。
　　2.2結構穩定問題的研究方法
　　根據對穩定問題的不同理解和分析判定方法，我們可以得出不同的計算方法，研究壓桿屈曲穩定問題常用的方法有靜力平衡法(Eular方法)、能量法(Timoshenk方法)、缺陷法和振動法。靜力平衡法是從平衡狀態來研究壓桿屈曲特征的，研究荷載達到多大時，彈性系統可以發生不同的平衡狀態，其實質是求解彈性系統的平衡路徑(曲線)的分支點所對應的荷載值(臨界荷載)。能量法則是求彈性系統的總勢能不再是正定時的荷載值。缺陷法認為完善而無缺陷的理想中心受壓直桿是不存在的。由于缺陷的影響，桿件開始受力時即產生彎曲變形，其值要視缺陷程度而定。在一般條件下缺陷總是很小的，彎曲變形并不顯著，只是當荷載接近完善系統的臨界值時，變形才迅速增至很大，由此確定其失穩條件。振動法從動力學的觀點來研究壓桿穩定問題。當壓桿在給定的壓力下，受到一定的初始擾動之后，必將產生自由振動，如果振動時間的增加是收斂的，則壓桿是穩定的。
　　以上四種方法是對于歐拉壓桿而言，所得到的臨界荷載值是相同的。如果仔細研究一下，可以發現它們的結論并不是完全一樣，表現在以下幾個方面：
　　(1)靜力平衡法的結論只能指當時壓桿可能發生屈曲現象，至于哪種可能，并無選擇條件。同時在時，屈曲的變形形式根本不能平衡，因此無法回答直線形式的平衡是不穩定的問題。
　　(2)缺陷法的結論也只能指當時，桿件將發生無限變形，所以是不穩定的。但對于各值之間時壓桿是否穩定的問題也不能解釋。
　　(3)能量法和振動法都指出，之后不論P值多大，壓桿直線平衡都是不穩定的。這個結論和事實是一致的。
　　由于橋梁結構的復雜性，不可能單靠上述方法來解決其穩定問題。大量使用的是穩定問題的近似求解方法。歸結起來主要有兩種類型：一類是從微分方程出發，通過數學上的各種近似方法求解，如逐次漸近法，另一類是基于能量變分原理的近似法，如Ritz法。有限元方法可以看成是Ritz法的特殊形式。當今非線性力學將有限元與計算機結合，得以將穩定問題當作非線性力學的特殊問題，用計算機程序實現求解，取得了巨大的成功。
　　3結語
　　本文主要探討了鋼桁橋的穩定性相關問題，探討了鋼桁橋的穩定性分類及研究方法，同時雙層公路鋼桁橋在城市交通領域具有很大的發展潛力。因此，加強公路鋼桁橋的研究非常有必要。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1]吳思宇,侯榮偉.基于ANSYS的鋼桁橋變形和強度分析[J].《山西建筑》,2009年第35卷第19期,331-332.
　　[2]江克斌,任新見,等.拼裝式鋼桁橋振動特性研究[J].《解放軍理工大學學報：自然科學版》,2002年第3卷第5期,44-48.
　　[3]王應槐,張若鋼,劉均平.大跨度連續剛構橋穩定性分析[J].《公路交通技術》,2009年第5期,43-46.