一种检测临时支撑结构稳定性的方法 【技术领域】
本发明涉及一种检测支撑结构稳定性的方法，特别是一种检测有侧移的刚架或排架稳定性的方法。
背景技术
目前在检测临时支撑结构稳定性过程中，确定临界荷载的方法主要有微分方程平衡法、位移法、刚度矩阵法、能量法等各种近似法。对于经常遇到的刚架，在其柱顶可能作用有水平荷载，即使没有水平荷载，只要直接作用在横梁上的横向荷载不具有对称性，那么无支撑刚架也会产生侧移。这种侧移刚架的失稳形式，不再属于分岔屈曲而是极值点失稳问题，传统方法为了得到精确的刚架极限荷载，需用数值积分法，数值积分法计算工作量很大一般采用计算机求解。
上述通过数理求解确定临时支撑结构的临界荷载的方法，计算过程都比较复杂，求解结果的精确度也受到各种因素的影响，不容易控制和把握。同时临时支撑结构的稳定实验很难做，很难实测一些重要数据。另外工程中影响结构稳定承载力的因素较多，根本无法求解。所以能够找到一种较为简便、实用，且结果较为精确的确定临时支撑结构的临界荷载的方法是十分迫切。非常具有应用价值的。同时会对工程设计、及实验方法的发展起到推动作用。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种检测临时支撑结构稳定性的方法，要解决检测过程中用简单、实用的方法确定临时荷载的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种检测临时支撑结构稳定性的方法，步骤如下：
步骤一，在临时支撑结构的顶部一侧作用一个水平力，利用平面结构计算软件计算其顶端的侧向位移值；
步骤二，在一个边界条件、高度与临时支撑结构完全相同的悬臂柱的顶端作用一个与临时支撑结构水平力大小相同的力，根据材料力学中已知的悬臂柱侧向位移值计算公式计算悬臂柱顶端的侧向位移，其中，为悬臂柱的弯曲刚度；为柱高；
步骤三，用悬臂柱稳定性临界荷载值计算公式计算悬臂柱的临界荷载；
步骤四，计算临时支撑结构顶端的侧向位移值与悬臂柱顶端的侧向位移二者的相关系数；
步骤五，确定临时支撑结构稳定性的临界荷载值，当临时支撑结构顶端受到的水平荷载大于或等于临界荷载值时，则失去稳定。
所述临时支撑结构包括有侧移的单层单跨刚架、单层多跨刚架、多层单跨刚架和多层多跨刚架和排架。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
由于本发明在确定临时支撑结构的临界荷载的过程中，通过采用确定简单的悬臂柱的临界荷载和侧向位移，简便巧妙的得到临时支撑结构的临界荷载，避免了大工作量的计算，同时通过实验验证，本发明所提供的检测方法得到的临界荷载其精度足够满足工程需要，同时本方法不仅可以用来确定临时支撑结构的稳定性临界荷载值，达到控制结构的安全性作用，还可以通过测量临时支撑结构的水平位移和水平集中力的试验来代替很难实现的临时支撑结构的稳定性试验，实现用简单方法判定临时支撑结构的稳定性。
本发明克服了传统临时支撑结构稳定性检测过程中工作量大，精度不高的缺点，解决了用简便实用且精度较高地方法检测临时支撑结构稳定性的技术问题。
本发明可广泛应用于临时支撑结构尤其是有侧移的多层多跨刚架和排架稳定性的检测。
【附图说明】
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为位移数值法求解钢架结构稳定性承载能力钢架示意图。
图2为位移数值法求解钢架结构稳定性承载能力悬臂柱示意图。
附图标记：1-临时支撑结构、2-悬臂柱。
【具体实施方式】
根据图1～图2所示，位移数值法求解钢架结构稳定性承载能力具体做法为：
步骤一参见图1，在临时支撑结构1的顶部一侧作用一个水平力，利用平面结构计算软件计算其顶端的侧向位移值；
步骤二参见图2，在一个边界条件、高度与临时支撑结构完全相同的悬臂柱2的顶端作用一个与临时支撑结构水平力大小相同的力，根据材料力学中已知的悬臂柱侧向位移值计算公式计算悬臂柱2顶端的侧向位移，其中，为悬臂柱的弯曲刚度；为柱高；
步骤三，用悬臂柱稳定性临界荷载值计算公式计算悬臂柱2的临界荷载；
步骤四，计算临时支撑结构1顶端的侧向位移值与悬臂柱2顶端的侧向位移二者的相关系数；
步骤五，确定临时支撑结构1稳定性的临界荷载值，当临时支撑结构顶端受到的水平荷载大于或等于临界荷载值时，则失去稳定。
由材料力学可知单根受压柱的稳定性临界荷载值计算公式如下表1，
表1 单根受压柱的稳定性临界荷载值计算公式序号边界条件稳定性临界荷载值计算公式1悬臂柱2两端简支3两端固定4一端简支另一端固定5一端固定另一端弹性移动约束
表中：－临界荷载值；－柱的弯曲刚度；－柱高。－为计算长度系数，可由下面的超越方程用试算法求得，或查表1.1得到。
超越方程： 其中
式中：－为弹性移动约束系数（N/mm），或，即弹性移动约束处单位位移所需要的作用力。
表2 计算长度系数0123456810141723∞21.741.561.431.321.241.181.070.990.890.840.780.7
对应上表1柱的侧向位移值计算公式如下表3所示。
表3 柱的侧向位移值计算公式序号边界条件侧向位移值计算公式1悬臂柱
2两端简支3两端固定4一端简支另一端固定5一端固定另一端弹性移动约束
表中：为水平集中力，作用于悬臂柱的上端，其余均作用在柱的0.5处；为侧向位移值，在悬臂柱的顶点，其余均在柱高的中点。
由表1、表3可知，单根受压柱的稳定性临界荷载值大小与柱的边界条件有关，与柱的弯曲刚度成正比，而柱的侧向位移值大小也是与柱的边界条件有关，与柱的弯曲刚度却成反比。
由于在实际工程中，一个临时支撑结构比如一个单层多跨刚架，它的稳定性临界荷载值是很难求解的。但是其侧向位移及弯曲刚度利用平面结构计算软件，很容易算得。而刚架的设计方法通常是把刚架拆分为柱和横梁，因此可以推断，刚架的临界荷载值的确定可以利用单根受压柱的稳定性临界荷载值及侧移位移与其弯曲刚度和边界条件的相关性，将超静定的刚架的临界荷载的确定转化为简单的悬臂柱临界荷载的确定。
下面通过几个典型实例验证本发明所述确定临界荷载方法的精确性。
悬臂柱的高度，侧向弯曲刚度，顶端水平集中荷载，通过公式计算得到其顶端侧向位移为。
应用实例一：下端固定的单层单跨刚架，当刚架高度和跨度相等，刚架柱与横梁刚度相等时，反对称失稳。采用和悬臂柱一样的高度为2.8m跨度和高度相等也为2.8m，刚架柱与横梁截面均采用φ48×3.5，首先在临时支撑结构的顶端作用一个水平力，其大小与悬臂柱相同，用平面结构计算机软件算得其顶端水平位移值，精确的临界荷载值，计算临时支撑结构顶端的位移值与悬臂柱顶端侧向位移相关系数，利用公式确定临时支撑结构临界荷载，所得刚架柱总的临界荷载为，由于两根刚架柱同时承受相同压力则单根刚架柱的临界荷载，与精确的临界荷载值比增大7.97％。
应用实例二：与实例一不同的是，横梁刚度是刚架柱刚度的2倍，用平面结构计算机软件算得其顶端水平位移值，精确的临界荷载值，计算临时支撑结构顶端的位移值与悬臂柱顶端侧向位移相关系数，利用公式确定临时支撑结构临界荷载，所得刚架柱总的临界荷载为，由于两根刚架柱同时承受相同压力则单根刚架柱的临界荷载。比精确的临界荷载值偏大了3.91％。
应用实例三：与实例一不同的是单层两跨刚架，用平面结构计算机软件算得其顶端水平位移值，精确的临界荷载值，计算临时支撑结构顶端的位移值与悬臂柱顶端侧向位移相关系数，利用公式确定临时支撑结构临界荷载，所得刚架柱总的临界荷载为，由于两根刚架柱同时承受相同压力则单根刚架柱的临界荷载，比精确的临界荷载值偏小了4.30％。
应用实例四：与实例一不同的是单层单跨排架，用平面结构计算机软件算得其顶端水平位移值
精确的临界荷载值，计算临时支撑结构顶端的位移值与悬臂柱顶端侧向位移相关系数，利用公式确定临时支撑结构临界荷载，所得刚架柱总的临界荷载为，由于两根刚架柱同时承受相同压力则单根刚架柱的临界荷载，与精确临界荷载值完全相等。
应用实例五，与实例一不同的是单层单跨刚架其下端约束情况为铰接，用平面结构计算机软件算得其顶端水平位移值，精确的临界荷载为，计算临时支撑结构顶端的位移值与悬臂柱顶端侧向位移相关系数，利用公式确定临时支撑结构临界荷载，所得刚架柱总的临界荷载为，由于两根刚架柱同时承受相同压力则单根刚架柱的临界荷载，比精确的临界荷载值大了6.78％。
通过以上实例，可以看到，用本发明提及的检测临时支撑结构稳定性的方法得到的临界荷载其精确度可以满足工程应用，另外还可以在本检测方法的基础上，通过测量临时支撑结构的水平位移和水平集中力的试验来代替很难实现的临时支撑结构的稳定性试验，对结构的稳定性及时控制。