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钢结构受力分析_钢结构震害分析及措施

来源:政治论文 时间:2018-10-15 点击: 推荐访问:地上钢结构的历史震害

  【摘要】在美国北岭地震与日本阪神地震中, 钢结构建筑受到了严重破坏。后来,国内外的研究人员对钢结构的抗震作了大量的研究也取得了很多成果。本文总结了钢结构的震害并分析震害原因,并提出今后应采取的措施,以便减轻钢结构房屋的地震灾害,充分发挥钢结构的抗震优越性。
  【关键词】钢结构;震害分析;抗震;措施
  上个世纪90年代以前,关于钢结构的抗震性能很少有人去怀疑,但是在1994年的美国北岭地震和1995的日本阪神地震中,大量的钢框架发生了脆性断裂的现象,这一现象引起了相关领域的广泛关注。我国处于地壳频繁活动的地震带上,所以这更加引起了我国的重视。随着各种钢结构、构件广泛的应用于各类建筑,开展对钢结构抗震性能的研究具有十分重要意义。
  1、钢结构震害特点及原因
  北岭地震和阪神地震后,美国和日本都进行了大量的调查研究,来弄清破坏原因以及提出改进措施。调查研究表明,钢结构震害的主要破坏形式有三种:节点破坏、构件的破坏以及结构的整体倒塌。
  1.1 节点破坏
  钢结构节点以前广泛采用一种梁柱栓焊混合连接的节点,美国的北岭地震和日本的阪神地震都导致了焊接钢结构框架梁柱连接节点的大量破坏,如图1所示为地震中的节点破坏。
  通过比较,两国钢框架在地震中的梁柱节点破坏形式是不同的:北岭地震中裂缝多向柱段范围内发展,而阪神地震中裂缝则多向梁段范围内扩展。
  地震后,对于节点的破坏原因,节点破坏应从节点本身存在根本性缺陷方面去找原因。指出:节点发生脆性破坏主要是以下几方面因素:1)焊缝存在缺陷;2)坡口焊缝处的衬板和引弧板造成人工缝;3)梁翼缘坡口焊缝出现超应力;4)梁的屈服应力比规定的最小值高出很多;5)柱翼缘板在厚度方向的抗拉强度和延性不确定;6)柱节点域过大的剪切屈服和变形产生不利影响。
  1.2 构件的破坏
  构件的破坏主要是柱的破坏,钢柱脆断最具代表的是日本阪神地震中,发生在芦屋市海滨城高层住宅小区的住宅楼内。如图2所示为地震中某一建筑的构件破坏。
  柱子产生明显的脆性断裂非常出人意料,究其原因仍有待研究。分析后认为:1)竖向地震及倾覆力矩,使柱产生很大拉力;2)断裂位于拼接焊缝附近,是由于焊接缺陷构成薄弱部位;3)厚板焊接时过热使焊接点附近延性降低;4)地震时为日本的严冬期,钢柱位于室外,钢材温度低于零度。
  1.3 结构的倒塌破坏
  在1985年的墨西哥大地震中,大约有10栋钢结构房屋倒塌。以墨西哥市的Pino Suarez综合大楼为例如图3所示,其3栋钢结构塔楼中,有1栋倒塌,另外两栋发生严重破坏,其中一栋已接近倒塌。这三栋的结构体系虽然都是框架-支撑结构,且细部构造也相同,但是由于纵横向垂直支撑的偏位设置,导致刚度中心和质量中心相距太大,在地震中产生较大的扭转效应,致使钢柱的作用力大于承载力,使其出现了严重的破坏,甚至倒塌。所以,规则对称的结构体系对抗震是十分有利的。
  2、钢结构抗震措施
  本文将从3方面介绍对于钢结构抗震的措施:延性框架抗震设计,新型结构体系和隔振。
  2.1 延性框架抗震设计
  目前主要延性框架有延性抗弯框架和延性支撑框架。
  在建筑物中,延性框架抗震设计的主流原则是强柱弱梁。这个原则主要体现在节点的抗震措施上,主要有:1)减小节点区的应力集中,改善应力分布,也可以看成是对节点施工质量的改进;2)将塑性铰的位置外移,提高钢结构梁柱节点的延性,包括局部加强和局部削弱。
  2.2 屈曲约束支撑框架体系
  屈曲约束支撑框架体系是新近发明并逐渐得到应用的一种抗震框架体系。屈曲约束支撑在受拉和受压时都可屈服而不屈曲,克服了传统支撑体系的缺点。
  屈曲约束支撑框架(BRBF),目前BRBF形式多样,但基本原理相似。支撑的中心是芯材,为避免芯材受压时整体屈曲,即在受压和受拉时都能达到屈服,芯材被置于一个钢套管内,然后在套管内灌注混凝土或砂浆。为减小或消除芯材受轴力时传给砂浆或混凝土的力,且由于泊松效应,芯材在受压情况下会膨胀。因此在芯材和砂浆之间设有1层无粘结材料或非常狭小的空气层。
  2.3 隔震钢结构
  钢结构隔震技术是一种发展较快的地震防护技术,近20年来,现代隔震技术在土木工程中得到了较大规模的应用。隔震结构以其优良的减震效果、安全性、耐久性、经济性和适用性而得到地震工程界的认可。目前,隔震技术已较成熟,成为一种很重要的结构控制技术。采用隔震技术建造的建筑和桥梁经受了多次实际地震的考验,为我们提供了大量成功的经验。
  3、钢桁结构桥梁的抗震研究
  前文中, 主要介绍了钢结构在地震中的震害,以及针对这些震害,世界上很多学者所进行的深人研究分析。但是很多钢结构的震害调研报告和抗震研究主要针对的是建筑钢结构,而由于钢彬架桥节点和结构的特殊性,针对钢析架桥节点和桥的结构体系的抗震研究相对较少,但可以将建筑钢结构的抗震研究成果应用到钢析拱桥的抗震中。
  4、结语
  本文在总结钢结构在地震中的震害和破坏原因的前提上,提出了钢结构抗震的措施以及钢桁结构的研究进展作了简要的论述和展望,在钢结构的抗震研究上我们应该更加的深入,做更多的试验去研究才能更好的满足抗震的需求。
  参考文献:
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