失稳 | 2023 年 2 月

由于系统不稳定导致的计算终止可能是多种原因造成的。一方面，这可能是由于系统过载引起的“实际”不稳定，另一方面，也可能是建模误差导致的。这是找出不稳定原因的可能操作步骤。

1. 检查建模

首先，应检查系统的建模是否正确。RFEM 或 RSTAB 中提供的模型检查（工具→模型检查）可以用于此目的。例如，可以找到并消除相同的节点或重叠的杆件。

常见问题和解答 (FAQ)

FAQ 005345 | 我在 RFEM 6/RSTAB 9 中的模型不稳定。 原因可能是什么？

模型检查

此外，可以在纯自重条件下根据一阶理论计算结构的某个荷载工况。如果在这里输出结果，则表明结构在建模方面是稳定的。如果不是，以下是常见的原因：

• 支座定义错误 / 缺少支座

这可能导致不稳定，因为系统并未在所有方向上受到限制。因此，支座条件必须与系统及其外部边界条件平衡。不静定系统也可能由于缺乏边界条件导致计算中断。

两端均为可移动支座的简支梁

• 杆件自身轴线上的扭转

当杆件绕自身轴线扭转，即未在自身轴线方向上受到限制时，可能导致不稳定。通常这是由于杆端铰设置不当造成的，即起始和终止节点均引入了扭转铰。

梁的两端均为绕自轴扭转，导致错误

• 杆件未连接

特别是在较大且复杂的模型中，一些杆件可能未连接，从而“悬在空中”。忘记连接相交的杆件也会导致不稳定。模型检查中的“相交未连接杆件”功能可以搜索相交但没有公共节点的杆件。

• 缺少公共节点

节点看似位于相同位置，但经过仔细检查发现略有偏差。这通常是由于导入 CAD 模型造成的，但可以通过模型检查解决。

模型检查 - 相同节点

• 铰链链的形成

一个节点上的太多杆端铰可能形成铰链链，并导致计算中断。每个节点最多只能定义 n-1 个具有相同自由度的铰，其中“n”是连接杆件的数量。这也适用于线铰。

同一节点处的两根杆件同时定义了杆端铰

2. 检查抗侧移结构

缺少抗侧移结构也会由于不稳定导致计算中断。因此，应始终检查结构是否在各个方向上充分抗侧移。

缺失支撑

3. 数值问题

以下是此问题的示例：一个铰接框架由张力杆支撑。由于竖向荷载导致的柱缩短，张力杆在第一次计算迭代时承受小的压缩力。由于张力杆只能承受拉力，它们被从系统中移除。在第二次计算迭代中，模型由于缺少这些张力杆而不稳定。

有多种方法可以解决这个问题。可以给张力杆施加预应力（杆件荷载）以“消除”小的压缩力，赋予杆件小的刚度，或者让杆件逐一从计算中移除。在 RSTAB 9 中，此计算设置是自动化的，而在 RFEM 6 中可以选择性激活该选项。

RFEM6 中的计算参数

4. 查找不稳定原因

• 带图形输出的自动模型检查

要获得不稳定原因的图形表示，可以使用结构稳定性分析附加模块。通过“不加荷载进行模态形状分析验证结构稳定性”选项，可以计算看似不稳定的系统。通过分析结构数据进行特征值分析，从而图形化显示受影响部件的不稳定性。

图形显示结构失稳

• 临界荷载问题

在一阶理论下可以计算荷载工况或荷载组合，但当使用二阶理论计算时出现问题，这意味着存在稳定性问题（临界荷载系数小于 1.00）。临界荷载系数表示需要将荷载乘以的系数才能使模型在相应荷载下失稳（例如屈曲）。因此，临界荷载系数小于 1.00 表明系统不稳定。只有大于 1.00 的正临界荷载系数才能表明，荷载与给定正应力相乘后会导致稳定系统的屈曲失效。为了找出“薄弱点”，建议采用以下方法，前提是装备有结构稳定性附加模块。

首先，应逐渐减少相关荷载组合的荷载，直到荷载组合稳定。在荷载组合的计算参数中可以使用荷载系数量值来帮助实现此操作。这也相当于手动计算临界荷载系数的过程，假设没有结构稳定性附加模块。在纯线性结构元素的情况下，可能只需根据一阶理论计算荷载组合，并使用附加模块计算临界荷载。通过此荷载组合的图形屈曲或屈曲模态形状，您可能找到系统中问题的位置并采取措施。