摘要： 穩定問題一直是鋼結構設計的關鍵問題之一，鋼結構體係的廣泛應用凸顯了穩定問題研究的重要性和緊迫性。由於鋼結構體係設計、建(jian)造(zao)以(yi)及(ji)使(shi)用(yong)當(dang)中(zhong)存(cun)在(zai)著(zhe)許(xu)多(duo)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)因(yin)素(su)，所(suo)以(yi)引(yin)入(ru)可(ke)靠(kao)度(du)分(fen)析(xi)必(bi)要(yao)的(de)。本(ben)文(wen)從(cong)結(jie)構(gou)體(ti)係(xi)穩(wen)定(ding)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)研(yan)究(jiu)的(de)角(jiao)度(du)對(dui)這(zhe)一(yi)領(ling)域(yu)的(de)研(yan)究(jiu)進(jin)行(xing)了(le)評(ping)述(shu)。

    關鍵詞： 穩定性 鋼結構體係 可靠性 不確定因素

    一、鋼結構體係穩定性研究現狀

    （一）鋼結構體係穩定性研究現狀

    近二三十年來
，高強度鋼材的使用，施工技術的de發fa展zhan以yi及ji電dian子zi計ji算suan機ji的de應ying用yong使shi鋼gang結jie構gou體ti係xi的de發fa展zhan和he廣guang泛fan應ying用yong成cheng為wei可ke能neng。鋼gang結jie構gou體ti係xi的de穩wen定ding性xing一yi直zhi是shi國guo內nei外wai學xue者zhe們men關guan注zhu的de研yan究jiu領ling域yu。經jing過guo幾ji十shi年nian的de研yan究jiu，已yi取qu得de不bu少shao研yan究jiu成cheng果guo。

    qijinweizhi，duigangjiegoujibengoujiandelilunwentideyanjiuyijiaoduo，jiyugezhongshuzhifenxidewendingfenxiyijiaochengshu。danduigoujianzhengtiwendinghejubuwendingdexianghuzuoyongdelilunheshejiyingyongshanghaiyoudaijinxingshenrudeyanjiu。youyujiegoushiwenshiwangkejiegoupohuaidezhongyaoyuanyin
，suoyiwangkejiegoudewendingxingshiyigefeichangzhongyaodewenti，zhengquedejinxingwangkejiegouyouqishidancengwangkejiegoudewendingxingfenxiyushejishibaozhengwangkedeanquanxingdeguanjian。ziliushiniandaiyilai

，wangkejiegoudefeixianxingwendingxingfenxiyizhishiguoneiwaixuezhemenzhuyidejiaodian。ying、美、德、意大利、澳大利亞、羅馬尼亞
、波蘭等國的研究人員進行了多方麵的理論方麵的理論分析和研究。各種方法如牛頓-拉斐遜迭代法
、弧長法、廣義逆法、人工彈簧法、自動求解技術
、nengliangpinghengjishudengshigenzongqufuwentiquanguocheng，dedaojiegoudexiajiangduanquxianchengweikeneng。guoneixuezheguanyuwangkejiegouwendingxingyejinxingledaliangyanjiu。wenxianzaiguowaiyanjiudejichushang，tongguojingquehuadelilunbiaodashi、合he理li的de路lu徑jing平ping衡heng跟gen蹤zong技ji術shu及ji迭die代dai策ce略lve，實shi現xian了le複fu雜za結jie構gou體ti係xi的de幾ji何he非fei線xian性xing全quan過guo程cheng分fen析xi，取qu得de了le規gui律lv性xing的de成cheng果guo。同tong時shi利li用yong隨sui機ji缺que陷xian模mo態tai法fa和he一yi致zhi缺que陷xian模mo態tai法fa兩liang種zhong方fang法fa，對dui網wang殼ke結jie構gou各ge種zhong初chu始shi缺que陷xian的de影ying響xiang進jin行xing研yan究jiu，較jiao好hao地di描miao述shu了le結jie構gou的de實shi際ji承cheng載zai過guo程cheng。也ye有you一yi些xie學xue者zhe進jin行xing了le實shi驗yan方fang麵mian的de研yan究jiu，對dui不bu同tong分fen析xi方fang法fa的de有you效xiao性xing和he精jing確que性xing進jin行xing了le說shuo明ming。文wen獻xian對dui網wang殼ke結jie構gou的de動dong力li失shi穩wen機ji理li、穩定準則、donglihouququdengwentijinxingleyanjiu。duiyuxiangwangkejiegouzheleiquexianxingminganjiegouzaiqiangfenghedizhenzuoyongxiadedongliwendingxingyanjiu，youyushejiwendinglilunhezhendonglilun
，suoyinandujiaoda，muqianyanjiuchengguohaihenyouxian。wenxianyeduikongjianjiegoudedongliwendingwentijinxingleyanjiu。

    大da跨kua度du網wang架jia拱gong結jie構gou作zuo為wei一yi種zhong新xin的de大da跨kua度du結jie構gou
，其qi穩wen定ding性xing方fang麵mian的de研yan究jiu成cheng果guo很hen少shao。文wen獻xian采cai用yong非fei線xian性xing有you限xian元yuan理li論lun對dui大da跨kua度du網wang架jia拱gong結jie構gou的de穩wen定ding性xing進jin行xing了le全quan過guo程cheng跟gen蹤zong，得de出chu一yi些xie具ju有you實shi際ji應ying用yong價jia值zhi的de結jie論lun。斜xie拉la空kong間jian網wang格ge結jie構gou是shi一yi種zhong新xin型xing的de雜za交jiao空kong間jian結jie構gou
，目mu前qian對dui其qi研yan究jiu的de深shen度du和he廣guang度du還hai很hen有you限xian。文wen獻xian指zhi出chu斜xie拉la單dan層ceng網wang殼ke的de穩wen定ding性xing需xu要yao進jin一yi步bu研yan究jiu。已yi有you研yan究jiu將jiang網wang架jia結jie構gou對dui柱zhu子zi的de支zhi撐cheng作zuo用yong及ji網wang架jia結jie構gou對dui斜xie拉la索suo在zai網wang架jia結jie構gou平ping麵mian的de約yue束shu簡jian化hua為wei等deng效xiao彈dan簧huang，對dui柱zhu子zi的de穩wen定ding性xing進jin行xing了le研yan究jiu，得de出chu了le一yi些xie有you益yi的de結jie論lun.預張拉結構體係也是目前應用越來越多的一種新型結構體係.zhezhongtixidexitonglilunyanjiuzaihendachengdushangzhihouyushijiyingyong，tebieshiyuzhanglajiegoutixidewendingxingdeyanjiuweiyinqizugouzhongshi，yanjiuchengguohaishifenyouxian。wenxianduiyuzhanglajiegoutixidechushipinghengzhuangtaidewendingxingbixuyinqizugoudezhongshi，yuyinglisuojiegoutixizaigongzuozhuangtaiwaihezaidezuoyongxiayekenengfashengshiwenpohuai，bingduishijishejijisuantichuleliangzhongfangfa-直接驗算法和穩定設計法
，結構的體係性質和結構穩定性判定方法進行了研究
，為進一步研究提供了一些理論指導。

    另外，也有學者從整體穩定的角度對鋼框架結構的穩定問題進行了研究，得出了一些有益的結論.

    （二）鋼結構體係穩定性研究中存在的問題

    鋼結構體係穩定性研究雖然取得了一定的進展，但也存在一些不容忽視的問題：

    1）目前在網殼結構穩定性的研究中，梁-柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁-柱單元是否能真實反映網殼結構的受力狀態還很難說，雖然有學者對梁-柱單元進行過修正.主要問題在於如何反映軸力和彎矩的耦合效應。

    2）在(zai)大(da)跨(kua)度(du)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)中(zhong)整(zheng)體(ti)穩(wen)定(ding)與(yu)局(ju)部(bu)穩(wen)定(ding)的(de)相(xiang)互(hu)關(guan)係(xi)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)值(zhi)得(de)探(tan)討(tao)的(de)問(wen)題(ti)，目(mu)前(qian)大(da)跨(kua)度(du)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)中(zhong)取(qu)一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)的(de)穩(wen)定(ding)安(an)全(quan)係(xi)數(shu)，未(wei)反(fan)映(ying)整(zheng)體(ti)穩(wen)定(ding)與(yu)局(ju)部(bu)穩(wen)定(ding)的(de)關(guan)聯(lian)性(xing)。

    3）預張拉結構體係的穩定設計理論還很不完善，目前還沒有一個完整合理的理論體係來分析預張拉結構體係的穩定性。

    4）鋼結構體係的穩定性研究中存在許多隨機因素的影響，目前結構隨機影響分析所處理的問題大部分局限於確定的結構參數、隨sui機ji荷he載zai輸shu入ru這zhe樣yang一yi個ge格ge局ju範fan圍wei，而er在zai實shi際ji工gong程cheng中zhong，由you於yu結jie構gou參can數shu的de不bu確que定ding性xing，會hui引yin起qi結jie構gou響xiang應ying的de顯xian著zhu差cha異yi。所suo以yi應ying著zhe眼yan於yu考kao慮lv隨sui機ji參can數shu的de結jie構gou極ji值zhi失shi穩wen、幹擾型屈曲、跳躍型失穩問題的研究文獻[20] [21]曾對考慮隨機參數的穹頂網殼的穩定問題進行過有益的研究。

    二
、鋼結構體係穩定問題的可靠性研究

    實shi際ji結jie構gou由you於yu存cun在zai各ge種zhong各ge樣yang的de隨sui機ji缺que陷xian的de影ying響xiang，與yu理li想xiang結jie構gou存cun在zai差cha異yi。對dui於yu缺que陷xian敏min感gan性xing結jie構gou，缺que陷xian可ke能neng會hui造zao成cheng結jie構gou穩wen定ding性xing的de急ji劇ju下xia降jiang，所suo以yi有you必bi要yao考kao慮lv隨sui機ji參can數shu的de影ying響xiang
，引yin入ru可ke靠kao度du分fen析xi方fang法fa，進jin行xing穩wen定ding問wen題ti的de可ke靠kao性xing研yan究jiu。由you於yu大da跨kua度du鋼gang結jie構gou體ti係xi的de可ke靠kao性xing研yan究jiu涉she及ji較jiao多duo的de力li學xue和he數shu學xue的de知zhi識shi，有you一yi定ding難nan度du，目mu前qian這zhe方fang麵mian的de研yan究jiu成cheng果guo有you限xian。文wen獻xian[2]曾對網殼結構的穩定性的可靠性分析和設計進行了詳盡的研究、豐富了結構可靠度的理論和計算方法
，並將其應用於工程結構的分析和設計，顯示了良好的前景。

    （一）結構分析中的不確定性因素來源

    影響剛結構體係穩定性的不確定性的基本變量許多是隨機的，一般分為三類：

    1）物理
、幾何不確定性：如材料（彈性模量

，屈服應力
，泊鬆比等）、杆件尺寸、截麵積
、殘餘應力


、初始變形等。

    2）統計的不確定性：在(zai)統(tong)計(ji)與(yu)穩(wen)定(ding)性(xing)有(you)關(guan)的(de)物(wu)理(li)量(liang)和(he)幾(ji)何(he)量(liang)時(shi)

，總(zong)是(shi)根(gen)據(ju)有(you)限(xian)樣(yang)本(ben)來(lai)選(xuan)擇(ze)概(gai)率(lv)密(mi)度(du)分(fen)布(bu)函(han)數(shu)，因(yin)此(ci)帶(dai)來(lai)一(yi)定(ding)的(de)經(jing)驗(yan)性(xing)。這(zhe)種(zhong)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)稱(cheng)為(wei)統(tong)計(ji)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)，是(shi)由(you)於(yu)缺(que)乏(fa)信(xin)息(xi)造(zao)成(cheng)的(de)。

    3）模型的不確定性：為了對結構進行分析，所提的假設
、數學模型
、邊界條件以及目前技術水平難以在計算中反映的種種因素
，所導致的理論值與實際承載力的差異，都歸結為模型的不確定性。

    （二）結構的可靠性研究

    國內外學者對結構可靠度理論已經進行了較為深入的研究，在可靠度計算方法及複雜結構可靠度分析方麵取得了很多研究成果.

    任何工程分析和設計的最終目的是使設計的結構在不同要求下滿足不同的功能- 安全性、使用性、耐(nai)久(jiu)性(xing)由(you)於(yu)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)的(de)存(cun)在(zai)，就(jiu)需(xu)要(yao)把(ba)這(zhe)些(xie)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)加(jia)入(ru)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)中(zhong)
，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)了(le)很(hen)多(duo)可(ke)靠(kao)度(du)方(fang)法(fa)。為(wei)了(le)估(gu)計(ji)結(jie)構(gou)可(ke)靠(kao)度(du)
，首(shou)先(xian)要(yao)解(jie)決(jue)相(xiang)關(guan)荷(he)載(zai)和(he)抵(di)抗(kang)力(li)參(can)數(shu)以(yi)及(ji)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)，這(zhe)種(zhong)關(guan)係(xi)（又稱功能函數）記作式中X1，X2，…
，Xn是隨機變量。把極限狀態（或失效麵）定義為Z0，則描述可靠度的參數可靠性指標定義為坐標原點到失效麵的最小距離目前用於可靠性指標計算一般有兩種方法：一次可靠度方法（FORM）和二次可靠度方法（SORM）。

    （三）目前用於結構可靠度分析的數值方法評述

    對於複雜結構

，功能函數g （x）通常不能明確表達為輸入隨機變量的函數
，結構的響應通常通過數值方法（如有限元）來計算。這些數值方法一般分為三類：

    （1）蒙特卡羅模擬法（MonteCarloSimulation）（包括高效的取樣法和方差縮減技術）；

    （2）響應麵法（ResponseSurfaceMethod）基於敏感性的分析方法（Sensitivity-basedApproach） .

    1）蒙特卡羅模擬法（MonteCarloSimulation）

    蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)模(mo)擬(ni)法(fa)的(de)基(ji)本(ben)思(si)想(xiang)是(shi)在(zai)進(jin)行(xing)每(mei)一(yi)次(ci)確(que)定(ding)性(xing)分(fen)析(xi)之(zhi)前(qian)隨(sui)機(ji)產(chan)生(sheng)一(yi)組(zu)輸(shu)入(ru)變(bian)量(liang)，大(da)量(liang)重(zhong)複(fu)的(de)進(jin)行(xing)確(que)定(ding)性(xing)分(fen)析(xi)之(zhi)後(hou)，對(dui)結(jie)構(gou)的(de)響(xiang)應(ying)輸(shu)出(chu)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)統(tong)計(ji)分(fen)析(xi)，計(ji)算(suan)出(chu)結(jie)構(gou)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。把(ba)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)模(mo)擬(ni)法(fa)與(yu)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)，就(jiu)得(de)到(dao)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)。通(tong)常(chang)把(ba)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)作(zuo)為(wei)可(ke)靠(kao)度(du)計(ji)算(suan)的(de)相(xiang)對(dui)精(jing)確(que)解(jie)，但(dan)要(yao)達(da)到(dao)較(jiao)高(gao)的(de)精(jing)度(du)
，必(bi)須(xu)取(qu)足(zu)夠(gou)的(de)樣(yang)本(ben)數(shu)，因(yin)此(ci)計(ji)算(suan)工(gong)作(zuo)量(liang)相(xiang)當(dang)浩(hao)大(da)。

    2）響應麵法（ResponseSurfaceMethod）

    響應麵法的基本思想是通過近似構造一個具有明確表達形式的多項式來表達隱式功能函數g （X）（一次或二次多項式），其中Xshibaohansuoyouhezaihekanglidesuijibianliangdeyigexiangliang。benzhishanglaishuo，xiangyingmianfashiyitaotongjifangfa
，yongzhezhongfangfalaixunzhaokaolvleshurubianliangzhidebianyihuobuquedingxingzhihoudexiangyingzuijiazhi。ershixiaogailvtongguoyicihuoercikekaodufangfajisuan。zaixiangyingmianfazhong
，duiyuyigejuyoudaliangsuijibianliangdewentilaishuo
，zhunquegouzaoyigejinsiduoxiangshidesuoxudequedingxingfenxishixiangdangjudade，yincizhezhongfangfahenhaoshi。jishiduiyuyigejuyoushaoliangsuijibianliangdewentilaishuo
，xiangyingmianfaduikekaodugujidezhunquexingyugongnenghanshudejinsiduoxiangshidezhunquexingyouguan。ruguoyinhanxingdegongnenghanshujuyouhenqiangdefeixianxing，zhezhonghanshubijinshifeichangjinside，kekaodugujiyeshifeichangjinside。

    3）基於敏感性的分析方法（Sensitivity-basedApproach）

    基於敏感性的分析法和一次可靠度方法（FORM） /二次可靠度方法（SORM）結合起來分析具有隱式型的功能函數的可靠性問題
，能克服蒙特卡羅模擬法和響應麵法的缺點。這種方法在尋找控製點（也叫最小距離點）過(guo)程(cheng)中(zhong)，每(mei)一(yi)步(bu)迭(die)代(dai)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)信(xin)息(xi)都(dou)是(shi)功(gong)能(neng)函(han)數(shu)的(de)真(zhen)實(shi)值(zhi)和(he)真(zhen)實(shi)梯(ti)度(du)，並(bing)使(shi)用(yong)優(you)化(hua)方(fang)法(fa)使(shi)控(kong)製(zhi)點(dian)收(shou)斂(lian)於(yu)最(zui)小(xiao)距(ju)離(li)點(dian)，同(tong)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)模(mo)擬(ni)法(fa)和(he)響(xiang)應(ying)麵(mian)法(fa)相(xiang)比(bi)
，它(ta)耗(hao)時(shi)小(xiao)，也(ye)比(bi)響(xiang)應(ying)麵(mian)法(fa)更(geng)準(zhun)確(que)。另(ling)外(wai)，基(ji)於(yu)敏(min)感(gan)性(xing)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)能(neng)夠(gou)從(cong)設(she)計(ji)的(de)角(jiao)度(du)知(zhi)道(dao)結(jie)構(gou)響(xiang)應(ying)對(dui)基(ji)本(ben)隨(sui)機(ji)變(bian)量(liang)的(de)敏(min)感(gan)性(xing)。從(cong)而(er)有(you)可(ke)能(neng)基(ji)於(yu)隨(sui)機(ji)變(bian)量(liang)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)和(he)它(ta)們(men)對(dui)結(jie)構(gou)特(te)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)得(de)出(chu)不(bu)同(tong)隨(sui)機(ji)變(bian)量(liang)的(de)不(bu)同(tong)設(she)計(ji)安(an)全(quan)係(xi)數(shu)。基(ji)於(yu)敏(min)感(gan)性(xing)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)計(ji)算(suan)準(zhun)確(que)性(xing)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)
，忽(hu)略(lve)那(na)些(xie)對(dui)結(jie)構(gou)可(ke)靠(kao)性(xing)影(ying)響(xiang)不(bu)大(da)的(de)隨(sui)機(ji)變(bian)量(liang)
，從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)計(ji)算(suan)時(shi)間(jian)。基(ji)於(yu)敏(min)感(gan)性(xing)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)中(zhong)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)迭(die)代(dai)攝(she)動(dong)分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)
，並(bing)和(he)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)產(chan)生(sheng)所(suo)謂(wei)的(de)隨(sui)機(ji)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)（StochasticFiniteElementMethod）。這種使用迭代攝動技術的隨機有限元法可用來進行結構的非線性分析。

    4）鋼結構體係穩定性的可靠性研究方法

    suijiyouxianyuanfaweigangjiegoutixiwendingxingdekekaoxingyanjiutigongleqiangyoulidefenxishouduan，youyusuijiyouxianyuannenggoukaolvshijijiegoucunzaigezhonggeyangdesuijixingyinsudeyingxiang，suoyikeyiyujisuijiyouxianyuanfa[30]在這一研究領域將會有良好的應用前景。