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提升钢结构抗震性能的改进措施

点击次数:   更新时间:2018-05-17 08:55:05   分    享:
      钢结构本身具有一定程度的抗震能力,但是遇到强度较大的地震时,还是无法避免造成钢结构的破坏。下面针对钢结构震害分析以及对钢结构抗震设计的改进措施进行具体的讲解,希望对想要了解钢结构的人们有所帮助。
      一、钢结构的震害分析
  对历次震后的钢结构建筑物分析发现,钢结构的主要破坏方式有节点的连接破坏、构件的破坏和结构的整体倒塌破坏三种形式。
  1、梁柱节点的破坏
  通过对美国1994年的斯洛里奇地震和1995年的日本阪神地震中钢结构建筑分析发现很多破坏都集中在梁柱的刚性节点处。其中梁的下翼缘的裂缝占主要部分且大部分裂缝起源焊缝的中部。主要破坏的原因有:
  (1)焊缝在焊接后的冲击韧性较低,焊缝一般都会存在一定的缺陷,特别是下翼缘中部由于腹板妨碍检查和连接,从而出现焊缝的不连续现象。
  (2)由于翼缘端部的坡口焊缝处的衬板和引弧板造成的“人工”裂缝的存在。导致裂缝尖端在竖向力的作用下应力集度系数超过临界值。从而导致人工缝不断扩大引发不稳定断裂如图1所示。
  (3)梁端通过有孔的边缘时易出现应力集中引发裂缝并向水平方向扩展。
  (4)由于上翼缘有楼板的加强作用和无腹板的妨碍施焊,所以上翼缘一般很少出现破坏。
      2、支撑连接的破坏
  钢结构的支撑作为整个结构的主要抗侧力构件,由于地震作用主要是指水平地震作用,所以当地震发生时支撑将作为主要的受力构件进行工作,如果某层的支撑破坏,该层将会成为薄弱层,将产生比较严重的后果。其中采用螺栓连接的支撑主要的破坏形式有支撑截面的消弱部分的断裂、支撑杆件螺栓孔的剪切滑移破坏和节点板端部的剪切滑移破坏;采用焊接的支撑主要的破坏形式是焊缝的破坏。
  3、结构的倒塌破坏
  结构的倒塌是建筑物的主要震害根源,通过对历次地震中钢结构的破坏研究发现钢材的平面外弯曲失稳是造成建筑物倒塌的重要原因。如果结构在设计时的纵横向垂直支撑的偏位会引起刚度中心和质量中心的距离过大,就会导致结构在地震中产生较大的扭转效应,使钢柱超过了其承载力引发建筑的倒塌破坏。由此可见采用规则对称的结构对于提高结构的抗震性能具有很大的作用。
      二、钢结构抗震设计新发展
  随着刚接构建筑广泛应用,各国学者纷纷致力于探讨和研究结构的脆断机理、新型的结构形式和节点形式的性能的提高,结合历次地震中钢结构建筑破坏的教训,提出了延性框架结构的设计、新型的结构体系、钢结构的隔震等措施进行钢结构的抗震设计。
  1、延性框架抗震设计
  钢结构建筑中主要延性框架有延性抗弯框架和延性支撑框架两种形式。它们设计的主要思想是达到强柱弱梁的目的。其在抗震措施中主要体现在以下几个方面:
  (1)减小钢结构节点的应力集中现象,主要体现在对节点施工质量的改进。
  (2)提高梁柱节点的延性,主要措施是将塑性铰外移或局部加强和局部减弱。延性支撑框架根据其几何形状可以分为同心支撑框架和偏心支撑框架,同时延性支撑框架具有相当大的强度和刚度。
  2、隔震钢结构
  钢结构的隔震技术作为一种发展比较快的地震防护技术,近年来隔震技术在土木工程中得到了广泛的应用。与传统的抗震结构相比隔震钢结构具有以下几个优点:
  (1)隔震结构在地震下的反应是传统结构的1/4~1/12。
  (2)有效的防止了非结构构件因为振动和翻倒等的损害或正常的使用。
  (3)降低了房屋结构造价,虽然隔震装置需增加约5%的造价,但由于地震时上部结构的地震作用大大降低,可以使上部结构的构件截面和配筋相对的减少,构造措施和施工也比较简单,从总体来看隔震建筑的造价比传统结构要少。
  (4)可以使结构平立面设计较为灵活。
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