汶川地震与钢结构在地震区的应用-李国强ppt课件

1、从汶川地震灾祸看钢构造在地震区的运用李国强 同济大学汶川地震中房屋建筑的破坏汶川地震中房屋建筑的破坏o砌体构造砌体构造o钢筋混凝土构造钢筋混凝土构造o砖木构造砖木构造四川汶川地震震后的映秀镇航拍秀水镇民兴中学砌体构造砌体构造 土门镇中学土门镇中学漩口中学某教学楼都江堰某公共建筑框架构都江堰某公共建筑框架构造部分垮塌造部分垮塌 南坝镇南坝镇-强梁弱柱导致柱顶强梁弱柱导致柱顶产生塑性铰产生塑性铰 砖木构造砖木构造土门镇麓棠村小学土门镇麓棠村小学砖木构造砖木构造绵竹供星镇一农居都江堰九洲体育馆都江堰九洲体育馆 o震害很轻，主要发生在维护构造震害很轻，主要发生在维护构造江油体育馆屋顶江油体育馆屋顶 钢

2、构造抗震的优越性钢构造抗震的优越性o钢构造分量轻钢构造分量轻o钢构造延性好钢构造延性好o钢构造滞回特性好钢构造滞回特性好钢构造分量轻钢构造分量轻强度：强度：钢材强度：钢材强度：Q235Q235Q420Q420混凝土强度：混凝土强度：C20C20C60C60钢材强度约是混凝土强度的钢材强度约是混凝土强度的8 8倍。倍。密度：密度：钢材密度：钢材密度：7850kg/m37850kg/m3混凝土密度：混凝土密度：2450kg/m32450kg/m3钢材密度约是混凝土密度的钢材密度约是混凝土密度的3.23.2倍。倍。钢构造分量轻钢构造分量轻截面特性：截面特性：钢构件钢构件 混凝土构件混凝土构件钢构件截

3、面利用率高于混凝土构件钢构件截面利用率高于混凝土构件钢构造自重钢构造自重= =1/23/51/23/5混凝土构造自重混凝土构造自重钢构造地震作用相对小钢构造地震作用相对小GF钢构造分量轻钢构造分量轻钢构造延性好钢构造延性好应力应力应变应变伸长率伸长率2020混凝土应力应变关系混凝土应力应变关系抗压强度对应应变： 0.2%钢构造延性好钢构造延性好 利用构造延性抵抗地震作用，钢构造利用构造延性抵抗地震作用，钢构造的承载力可减小。的承载力可减小。钢构造延性好钢构造延性好121Pe 弹性承载力要求弹性承载力要求Py 弹塑性承载力要求弹塑性承载力要求(mm)604020406020P(kN)600600

4、PP(a)梁(b)柱(mm)-20-101020010-10PN(m m )6040 2040 6020P(kN )600600PP(a)梁(b)柱(m m )-20-101020010-10PNVVV(d )节 点 域a梁几种钢构件的滞回曲线几种钢构件的滞回曲线 钢构造滞回特性好钢构造滞回特性好几种典型的钢筋混凝土构件的滞回曲线几种典型的钢筋混凝土构件的滞回曲线 P骨架曲线(a)受弯构件PoA(b)压弯构件oMNP骨架曲线A(c)剪力墙PPA骨架曲线构造地震输入能量的耗费构造地震输入能量的耗费 outinEE构造滞回性能越好，构造地震反响越小。构造滞回性能越好，构造地震反响越小。VVV(d)

5、节点域哈哈哈哈dtmvEin221pyoutuFE钢构造滞回特性好钢构造滞回特性好钢构造震害小钢构造震害小 总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢构造房屋的总体来说，在同等场地、烈度条件下，钢构造房屋的震害较钢筋混凝土构造房屋的震害要小震害较钢筋混凝土构造房屋的震害要小 1985年墨西哥城年墨西哥城8.1级地震中不同建筑的破坏情况级地震中不同建筑的破坏情况 建造年份建造年份钢结构钢结构钢筋混凝土结钢筋混凝土结构构倒塌倒塌严重严重破坏破坏倒塌倒塌严重严重破坏破坏1957年以年以前前71271619571976年年3151231976年以年以后后0046钢构造在地震区的运用钢构造在地震区的运用o日本

6、日本o台湾地域台湾地域日本构造方式比例日本构造方式比例 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台湾集集大地震2019年年9月月21日日中寮国小(SRC) 台湾在集集地震后采用钢构造建造台湾在集集地震后采用钢构造建造了许多学校了许多学校 乾峰国小钢构造乾峰国小-完工后钢构造在地震中的破坏钢构造在地震中的破坏o梁柱节点衔接破坏梁柱节点衔接破坏o支撑破坏支撑破坏一、梁柱衔接破坏一、梁柱衔接破坏 图图 美国美国NorthridgeNorthridge地震地震 日本阪神地震日本阪神地震 地震下刚性衔接节点脆性破坏地震下刚性衔接节点脆性破坏前往二、支撑破坏二、支撑破坏 支撑压屈支撑压屈

7、 新型抗震钢构造新型抗震钢构造o半刚性衔接钢构造半刚性衔接钢构造o屈曲约束支撑与屈曲约束组合墙屈曲约束支撑与屈曲约束组合墙组合节点组合节点 连接（Connection）节点（Joint）节点区（Nodal Zone）柱节点域腹板(Panel Zone)pb tp pp e peee bememep e ph bh sese sese半刚性衔接钢构造半刚性衔接钢构造pM+铰接半刚接半刚接刚接铰接q28LMpq28LL82q刚接qqq均布荷载作用下不同端部约束梁的内力与组合梁承载力 ppMM结构形式 梁尺寸 柱尺寸 钢材用钢量(kg) 比较 铰接钢框架 HN450 x200 x9x14 HW200

8、 x200 x8x12 4938 1.04 刚接钢框架 HN400 x150 x8x13 HW250 x250 x9x14 4756 1.00 半刚性连接钢框架 HN400 x150 x8x13 HW200 x200 x8x12 4047 0.85 铰接组合框架 HN350 x175x7x11 HW200 x200 x8x12 3794 0.80 刚接组合框架 HN300 x150 x6.5x9 HW250 x250 x9x14 3956 0.83 半刚性连接组合框架 HN300 x150 x6.5x9 HW200 x200 x8x12 3247 0.68 三层两跨框架的经济性比较 组合节点的

9、实验模型组合节点的实验模型 实验安装图实验安装图 P衔接弯矩转角关系曲线衔接弯矩转角关系曲线-80-60-40-20020406080100-120-100-80-60-40-20020406080100CJ3Left ConnectionM（kN.m） (mRad)-60-40-20020406080-120-100-80-60-40-20020406080100CJ4Right ConnectionM（kN.m） (mRad)a 0.06rad 节点延性破坏节点延性破坏l 普通支撑的缺陷：由于支撑受压屈曲，支撑的滞回普通支撑的缺陷：由于支撑受压屈曲，支撑的滞回 耗能性能较差耗能性能较差支撑

10、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屈曲约束支撑 屈曲约束支撑构件组成表示图 经过外加套筒，约束支撑不发生屈曲。屈曲约束支撑的优点屈曲约束支撑的优点 屈曲约束支撑与普通支撑滞回曲线的对比 l 滞回耗能性滞回耗能性能优越能优越l 小震下像普小震下像普通支撑任务，通支撑任务，大震下像耗能大震下像耗能构件任务构件任务 2019年神户地震后，屈曲约束支撑构造在年神户地震后，屈曲约束支撑构造在日本被大量运用。日本被大量运用。1994年北岭地震后，美国也年北岭地震后，美国也开场接受这种构造。目前日本已有开场接受这种构造。目前日本已有400余栋建筑、余栋建筑、台湾地域已在各种建筑采用了约台湾

11、地域已在各种建筑采用了约1万根屈曲约束万根屈曲约束支撑。支撑。 国内外运用情况国内外运用情况 新日铁开发的屈曲约束支撑运用实例a立面b衔接节点国内外运用情况国内外运用情况目前存在的问题目前存在的问题 1、产品规范问题、产品规范问题国内尚无屈曲约束支撑产品规范。国内尚无屈曲约束支撑产品规范。2、产品国产化问题、产品国产化问题 目前在国内外工程中运用的屈曲约束目前在国内外工程中运用的屈曲约束支撑主要为境外厂家产品。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、组成方式 套筒与芯板之间无填充资料。 2、芯板用材 芯板用材可以选用

12、国产低碳钢Q235/Q195和国产低屈服点钢fy225N/mm2。加载制度加载制度加载制度TJI型屈曲约束支撑实验型屈曲约束支撑实验 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。1 /3 0 01 /2 0 01 /1 0 0-1 /3 0 0-1 /2 0 0-1 /1 0 0L /LTJI型屈曲约束支撑性能实验型屈曲约束支撑性能实验与国外屈曲约束支撑综合对比与国外屈曲约束支撑综合对比 1、性能相当、性能相当2、价钱廉价、价钱廉价1/2以上以上3、供货周期缩短约一半、供货周期缩短约一半 日本新日铁支撑TJI型

13、(Q195)支撑上海世博中心上海世博中心TJI型屈曲约束支撑的运用型屈曲约束支撑的运用屈曲约束钢板墙研讨屈曲约束钢板墙研讨钢板钢板试件组合板高宽比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，防止在大位移时混凝土碎裂，保证对钢板的屈曲约束作用实验架带混凝土板的钢板剪力墙实验框架和反力架刚加载就有屈曲最终屈曲情况纯钢板墙实验纯钢板墙实验捏拢景象严重照片实验前混凝土板实验前混凝土板实验终了后混凝土板实验终了后混凝土板没有捏拢景象弯曲杆下板带中板带上板带 图1 典型开缝钢板剪力墙示意图fig.1 Typical steel plate sh

14、ear wall with slitstBs高强螺栓加劲肋nmblh鱼尾板柱梁弯曲杆的 宽厚比 b/t 高宽比 l/b钢板钢板开缝钢板组合墙开缝钢板组合墙b/t = 37.5l/b = 3b/t = 45l/b = 3我国抗震规范对采用钢构造不利我国抗震规范对采用钢构造不利o注重小震阶段设计注重小震阶段设计o轻视构造体系延性要求轻视构造体系延性要求地震烈度的随机性地震烈度的随机性 我国现行建筑抗震设计规范我国现行建筑抗震设计规范2019o采用采用“小震不坏、中震可修、大震不倒的设小震不坏、中震可修、大震不倒的设计原那么计原那么o“小震不坏小震不坏进展构件承载力与构造变形验进展构件承载力与构造变形验算算o“中震可修中震可修无定量要求无定量要求o“大震不倒大震不倒要求不高，执行不严要求不高，执行不严 计算小震地震作用所取阻尼比 混凝土构造 12层钢构造 12层钢构造 05. 0035. 002. 0 钢构造与混凝土构造地震作用比值平均值 12层 1.126 1.0871.107 12层 1.319 1.2151.267gTT 0 . 15gTTgTT50 . 1几点建议几点建议o 抗震计算与设计的重点宜放在根本烈度或抗震计算与设计的重点宜放在根本烈度或大震烈度上，而非小震烈度大震烈度上，而