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    提升鋼結構抗震性能的改進措施

          鋼結構本身具有一定程度的抗震能力,但是遇到強度較大的地震時,還是無法避免造成鋼結構的破壞。下面針對鋼結構震害分析以及對鋼結構抗震設計的改進措施進行具體的講解,希望對想要了解鋼結構的人們有所幫助。
          一、鋼結構的震害分析
      對歷次震后的鋼結構建筑物分析發現,鋼結構的主要破壞方式有節點的連接破壞、構件的破壞和結構的整體倒塌破壞三種形式。
      1、梁柱節點的破壞
      通過對美國1994年的斯洛里奇地震和1995年的日本阪神地震中鋼結構建筑分析發現很多破壞都集中在梁柱的剛性節點處。其中梁的下翼緣的裂縫占主要部分且大部分裂縫起源焊縫的中部。主要破壞的原因有:
     ?。?)焊縫在焊接后的沖擊韌性較低,焊縫一般都會存在一定的缺陷,特別是下翼緣中部由于腹板妨礙檢查和連接,從而出現焊縫的不連續現象。
     ?。?)由于翼緣端部的坡口焊縫處的襯板和引弧板造成的“人工”裂縫的存在。導致裂縫尖端在豎向力的作用下應力集度系數超過臨界值。從而導致人工縫不斷擴大引發不穩定斷裂如圖1所示。
     ?。?)梁端通過有孔的邊緣時易出現應力集中引發裂縫并向水平方向擴展。
     ?。?)由于上翼緣有樓板的加強作用和無腹板的妨礙施焊,所以上翼緣一般很少出現破壞。
          2、支撐連接的破壞
      鋼結構的支撐作為整個結構的主要抗側力構件,由于地震作用主要是指水平地震作用,所以當地震發生時支撐將作為主要的受力構件進行工作,如果某層的支撐破壞,該層將會成為薄弱層,將產生比較嚴重的后果。其中采用螺栓連接的支撐主要的破壞形式有支撐截面的消弱部分的斷裂、支撐桿件螺栓孔的剪切滑移破壞和節點板端部的剪切滑移破壞;采用焊接的支撐主要的破壞形式是焊縫的破壞。
      3、結構的倒塌破壞
      結構的倒塌是建筑物的主要震害根源,通過對歷次地震中鋼結構的破壞研究發現鋼材的平面外彎曲失穩是造成建筑物倒塌的重要原因。如果結構在設計時的縱橫向垂直支撐的偏位會引起剛度中心和質量中心的距離過大,就會導致結構在地震中產生較大的扭轉效應,使鋼柱超過了其承載力引發建筑的倒塌破壞。由此可見采用規則對稱的結構對于提高結構的抗震性能具有很大的作用。
          二、鋼結構抗震設計新發展
      隨著剛接構建筑廣泛應用,各國學者紛紛致力于探討和研究結構的脆斷機理、新型的結構形式和節點形式的性能的提高,結合歷次地震中鋼結構建筑破壞的教訓,提出了延性框架結構的設計、新型的結構體系、鋼結構的隔震等措施進行鋼結構的抗震設計。
      1、延性框架抗震設計
      鋼結構建筑中主要延性框架有延性抗彎框架和延性支撐框架兩種形式。它們設計的主要思想是達到強柱弱梁的目的。其在抗震措施中主要體現在以下幾個方面:
     ?。?)減小鋼結構節點的應力集中現象,主要體現在對節點施工質量的改進。
     ?。?)提高梁柱節點的延性,主要措施是將塑性鉸外移或局部加強和局部減弱。延性支撐框架根據其幾何形狀可以分為同心支撐框架和偏心支撐框架,同時延性支撐框架具有相當大的強度和剛度。
      2、隔震鋼結構
      鋼結構的隔震技術作為一種發展比較快的地震防護技術,近年來隔震技術在土木工程中得到了廣泛的應用。與傳統的抗震結構相比隔震鋼結構具有以下幾個優點:
     ?。?)隔震結構在地震下的反應是傳統結構的1/4~1/12。
     ?。?)有效的防止了非結構構件因為振動和翻倒等的損害或正常的使用。
     ?。?)降低了房屋結構造價,雖然隔震裝置需增加約5%的造價,但由于地震時上部結構的地震作用大大降低,可以使上部結構的構件截面和配筋相對的減少,構造措施和施工也比較簡單,從總體來看隔震建筑的造價比傳統結構要少。
     ?。?)可以使結構平立面設計較為靈活。
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