汶川地震與鋼結構在地震區(qū)的應用

汶川地震與鋼結構在地震區(qū)的應用第1頁/共73頁四川汶川地震第2頁/共73頁第3頁/共73頁震后的映秀鎮(zhèn)航拍第4頁/共73頁秀水鎮(zhèn)民興中學砌體結構第5頁/共73頁砌體結構

土門鎮(zhèn)中學第6頁/共73頁漩口中學某教學樓鋼筋混凝土框架第7頁/共73頁都江堰某公共建筑框架結構局部垮塌

南壩鎮(zhèn)-強梁弱柱導致柱頂產(chǎn)生塑性鉸

鋼筋混凝土框架第8頁/共73頁磚木結構土門鎮(zhèn)麓棠村小學第9頁/共73頁磚木結構綿竹供星鎮(zhèn)一農(nóng)居第10頁/共73頁都江堰九洲體育館震害很輕，主要發(fā)生在維護結構江油體育館（屋頂）

鋼結構第11頁/共73頁震害統(tǒng)計抗震性能按以下順序依次強：磚木結構砌體結構鋼筋混凝土結構鋼結構第12頁/共73頁鋼結構抗震的優(yōu)越性鋼結構重量輕鋼結構延性好鋼結構滯回特性好第13頁/共73頁鋼結構重量輕強度：鋼材強度：Q235－Q420混凝土強度：C20－C60鋼材強度約是混凝土強度的8倍。密度：鋼材密度：7850kg/m3混凝土密度：2450kg/m3鋼材密度約是混凝土密度的3.2倍。第14頁/共73頁鋼結構重量輕截面特性：鋼構件 混凝土構件鋼構件截面利用率高于混凝土構件鋼結構自重=（1/2~3/5）混凝土結構自重第15頁/共73頁鋼結構地震作用相對小鋼結構重量輕第16頁/共73頁鋼結構延性好應力應變伸長率≥20％第17頁/共73頁混凝土應力應變關系抗壓強度對應應變：0.2%鋼結構延性好第18頁/共73頁

利用結構延性抵抗地震作用，鋼結構的承載力可減小。鋼結構延性好Pe彈性承載力要求Py彈塑性承載力要求第19頁/共73頁（a）梁＊幾種鋼構件的滯回曲線

鋼結構滯回特性好第20頁/共73頁＊幾種典型的鋼筋混凝土構件的滯回曲線

第21頁/共73頁結構地震輸入能量的消耗

結構滯回性能越好，結構地震反應越小。哈哈鋼結構滯回特性好第22頁/共73頁鋼結構震害小

總體來說，在同等場地、烈度條件下，鋼結構房屋的震害較鋼筋混凝土結構房屋的震害要小

1985年墨西哥城8.1級地震中不同建筑的破壞情況建造年份鋼結構鋼筋混凝土結構倒塌嚴重破壞倒塌嚴重破壞1957年以前7127161957~1976年3151231976年以后0046第23頁/共73頁鋼結構在地震區(qū)的應用日本臺灣地區(qū)第24頁/共73頁日本結構形式比例第25頁/共73頁

位于震中央的臺中縣霧峰鄉(xiāng)光復國中教室倒塌毀壞臺灣集集大地震1999年9月21日第26頁/共73頁中寮國小(SRC)

臺灣在集集地震后采用鋼結構建造了許多學校

第27頁/共73頁乾峰國?。ㄤ摻Y構）第28頁/共73頁乾峰國小-完工后第29頁/共73頁鋼結構在地震中的破壞梁柱節(jié)點連接破壞支撐破壞第30頁/共73頁一、梁柱連接破壞

圖美國Northridge地震

日本阪神地震

第31頁/共73頁地震下剛性連接節(jié)點脆性破壞返回第32頁/共73頁二、支撐破壞

支撐壓屈

第33頁/共73頁新型抗震鋼結構半剛性連接鋼結構屈曲約束支撐與屈曲約束組合墻第34頁/共73頁組合節(jié)點

半剛性連接鋼結構第35頁/共73頁均布荷載作用下不同端部約束梁的內(nèi)力與組合梁承載力第36頁/共73頁三層兩跨框架的經(jīng)濟性比較

第37頁/共73頁組合節(jié)點的試驗模型

第38頁/共73頁試驗裝置圖

P第39頁/共73頁連接彎矩－轉角關系曲線θa>0.06rad規(guī)范要求：0.04rad第40頁/共73頁

節(jié)點延性破壞第41頁/共73頁

普通支撐的缺點：由于支撐受壓屈曲，支撐的滯回耗能性能較差支撐屈曲支撐滯回曲線屈曲約束支撐第42頁/共73頁屈曲約束支撐

屈曲約束支撐構件組成示意圖

通過外加套筒，約束支撐不發(fā)生屈曲。第43頁/共73頁屈曲約束支撐的優(yōu)點

屈曲約束支撐與普通支撐滯回曲線的對比

滯回耗能性能優(yōu)越小震下像普通支撐工作，大震下像耗能構件工作第44頁/共73頁1995年神戶地震后，屈曲約束支撐結構在日本被大量使用。1994年北嶺地震后，美國也開始接受這種結構。目前日本已有400余棟建筑、臺灣地區(qū)已在各種建筑采用了約1萬根屈曲約束支撐。

國內(nèi)外應用情況

第45頁/共73頁新日鐵開發(fā)的屈曲約束支撐應用實例（a）立面（b）連接節(jié)點國內(nèi)外應用情況第46頁/共73頁目前存在的問題

1、產(chǎn)品標準問題國內(nèi)尚無屈曲約束支撐產(chǎn)品標準。2、產(chǎn)品國產(chǎn)化問題

目前在國內(nèi)外工程中應用的屈曲約束支撐主要為境外廠家產(chǎn)品。第47頁/共73頁TJI型屈曲約束支撐的設計與構造

TJI型屈曲約束支撐的技術特點1、組成形式套筒與芯板之間無填充材料。

2、芯板用材

芯板用材可以選用國產(chǎn)低碳鋼Q235/Q195和國產(chǎn)低屈服點鋼（fy≤225N/mm2）。第48頁/共73頁加載制度加載制度TJI型屈曲約束支撐試驗

采用位移控制，依次以1/300、1/200、1/150、1/100、1/80支撐長度（L）的變形往復加載，每個變形幅值循環(huán)加載3次。第49頁/共73頁TJI型屈曲約束支撐性能試驗第50頁/共73頁與國外屈曲約束支撐綜合對比

1、性能相當2、價格便宜1/2以上3、供貨周期縮短約一半

日本新日鐵支撐TJI型(Q195)支撐第51頁/共73頁上海世博中心TJI型屈曲約束支撐的應用第52頁/共73頁屈曲約束鋼板墻研究鋼板第53頁/共73頁試件組合板高寬比2:1組合板高寬比3:1組合板高寬比4:1純鋼板高寬比3:1鋼板開橢圓孔，混凝土板和鋼板可以產(chǎn)生相對位移，避免在大位移時混凝土碎裂，保證對鋼板的屈曲約束作用第54頁/共73頁試驗架帶混凝土板的鋼板剪力墻第55頁/共73頁試驗框架和反力架第56頁/共73頁剛加載就有屈曲最終屈曲情況純鋼板墻試驗第57頁/共73頁捏攏現(xiàn)象嚴重第58頁/共73頁照片試驗前混凝土板試驗結束后混凝土板第59頁/共73頁沒有捏攏現(xiàn)象第60頁/共73頁彎曲桿的

寬厚比b/t

高寬比l/b鋼板開縫鋼板組合墻第61頁/共73頁開縫鋼板組合墻b/t=37.5l/b=3b/t=45l/b=3第62頁/共73頁我國抗震規(guī)范對采用鋼結構不利重視小震階段設計輕視結構體系延性要求第63頁/共73頁地震烈度的隨機性

第64頁/共73頁我國現(xiàn)行建筑抗震設計規(guī)范（2001）采用“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計原則“小震不壞”—進行構件承載力與結構變形驗算“中震可修”—無定量要求“大震不倒”—要求不高，執(zhí)行不嚴第65頁/共73頁

計算小震地震作用所取阻尼比

混凝土結構

12層鋼結構

>12層鋼結構

第66頁/共73頁

鋼結構與混凝土結構地震作用比值平均值12層1.1261.0871.107>12層1.3191.2151.267第67頁/共73頁幾點建議

抗震計算與設計的重點宜放在基本烈度或大震烈度上，而非小震烈度美國 大震(50年2%)的2/3歐洲 中震50年10%日本 二階段：中震彈性，大震延性