汶川地震与钢结构在地震区的应用-李国强.pps

从汶川地震灾害 看钢结构在地震区的应用,李国强 同济大学,汶川地震中房屋建筑的破坏,砌体结构 钢筋混凝土结构 砖木结构,四川汶川地震,震后的映秀镇航拍,秀水镇民兴中学,砌体结构,砌体结构 土门镇中学,漩口中学某教学楼,钢筋混凝土框架,都江堰某公共建筑框架结构局部垮塌,南坝镇-强梁弱柱导致柱顶产生塑性铰,钢筋混凝土框架,砖木结构 土门镇麓棠村小学,砖木结构,绵竹供星镇一农居,都江堰九洲体育馆,震害很轻，主要发生在维护结构,江油体育馆（屋顶）,钢结构,震害统计,抗震性能按以下顺序依次强： 砖木结构 砌体结构 钢筋混凝土结构 钢结构,钢结构抗震的优越性,钢结构重量轻 钢结构延性好 钢结构滞回特性好,钢结构重量轻,强度：,钢材强度：Q235Q420 混凝土强度：C20C60 钢材强度约是混凝土强度的8倍。,密度：,钢材密度：7850kg/m3 混凝土密度：2450kg/m3 钢材密度约是混凝土密度的3.2倍。,钢结构重量轻,截面特性：,钢构件 混凝土构件 钢构件截面利用率高于混凝土构件 钢结构自重=（1/23/5）混凝土结构自重,钢结构地震作用相对小,钢结构重量轻,钢结构延性好,应力,应变,伸长率20,混凝土应力应变关系,抗压强度对应应变： 0.2%,钢结构延性好,利用结构延性抵抗地震作用，钢结构的承载力可减小。,钢结构延性好,Pe 弹性承载力要求 Py 弹塑性承载力要求,（a）梁,几种钢构件的滞回曲线,钢结构滞回特性好,几种典型的钢筋混凝土构件的滞回曲线,结构地震输入能量的消耗,结构滞回性能越好，结构地震反应越小。,哈哈,钢结构滞回特性好,钢结构震害小,总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小,1985年墨西哥城8.1级地震中不同建筑的破坏情况,钢结构在地震区的应用,日本 台湾地区,日本结构形式比例,位于震中央的台中县雾峰乡光复国中教室倒塌毁坏,台湾集集大地震 1999年9月21日,中寮国小(SRC),台湾在集集地震后采用钢结构建造了许多学校,乾峰国小（钢结构）,乾峰国小-完工后,钢结构在地震中的破坏,梁柱节点连接破坏 支撑破坏,地震下刚性连接节点脆性破坏,返回,新型抗震钢结构,半刚性连接钢结构 屈曲约束支撑与屈曲约束组合墙,组合节点,半刚性连接钢结构,均布荷载作用下不同端部约束梁的内力与组合梁承载力,三层两跨框架的经济性比较,组合节点的试验模型,试验装置图,P,连接弯矩转角关系曲线,a 0.06rad,规范要求：0.04rad,节点延性破坏,普通支撑的缺点：由于支撑受压屈曲，支撑的滞回 耗能性能较差,支撑屈曲,支撑滞回曲线,屈曲约束支撑,屈曲约束支撑,屈曲约束支撑构件组成示意图,通过外加套筒，约束支撑不发生屈曲。,屈曲约束支撑的优点,屈曲约束支撑与普通支撑滞回曲线的对比,滞回耗能性能优越 小震下像普通支撑工作，大震下像耗能构件工作,1995年神户地震后，屈曲约束支撑结构在日本被大量使用。1994年北岭地震后，美国也开始接受这种结构。目前日本已有400余栋建筑、台湾地区已在各种建筑采用了约1万根屈曲约束支撑。,国内外应用情况,新日铁开发的屈曲约束支撑应用实例,（a）立面,（b）连接节点,国内外应用情况,目前存在的问题,1、产品标准问题 国内尚无屈曲约束支撑产品标准。 2、产品国产化问题 目前在国内外工程中应用的屈曲约束支撑主要为境外厂家产品。,TJI型屈曲约束支撑的设计与构造,TJI型屈曲约束支撑的技术特点,1、组成形式 套筒与芯板之间无填充材料。 2、芯板用材 芯板用材可以选用国产低碳钢Q235/Q195和国产低屈服点钢（fy225N/mm2）。,加载制度,加载制度,TJI型屈曲约束支撑试验,采用位移控制，依次以1/300、1/200、1/150、1/100、1/80支撑长度（L）的变形往复加载，每个变形幅值循环加载3次。,TJI型屈曲约束支撑性能试验,与国外屈曲约束支撑综合对比,1、性能相当 2、价格便宜1/2以上 3、供货周期缩短约一半,日本新日铁支撑,TJI型(Q195)支撑,上海世博中心,TJI型屈曲约束支撑的应用,屈曲约束钢板墙研究,试件,组合板 高宽比2:1,组合板 高宽比3:1,组合板 高宽比4:1,纯钢板 高宽比3:1,钢板开椭圆孔，混凝土板和钢板可以产生相对位移，避免在大位移时混凝土碎裂，保证对钢板的屈曲约束作用,试验架,带混凝土板的钢板剪力墙,试验框架和反力架,刚加载就有屈曲,最终屈曲情况,纯钢板墙试验,捏拢现象严重,照片,试验前混凝土板,试验结束后混凝土板,没有捏拢现象,弯曲杆的 宽厚比 b/t 高宽比 l/b,开缝钢板组合墙,开缝钢板组合墙,我国抗震规范对采用钢结构不利,重视小震阶段设计 轻视结构体系延性要求,地震烈度的随机性,我国现行建筑抗震设计规范（2001）,采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则 “小震不坏”进行构件承载力与结构变形验算 “中震可修”无定量要求 “大震不倒”要求不高，执行不严,计算小震地震作用所取阻尼比 混凝土结构 12层钢结构 12层钢结构,钢结构与混凝土结构地震作用比值,几点建议,抗震计算与设计的重点宜放在基本烈度或大震烈度上，而非小震烈度 美国 大震(50年2%)的2/3 欧洲 中震5