從汶川地震災(zāi)害 看鋼結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用,李國(guó)強(qiáng) 同濟(jì)大學(xué),汶川地震中房屋建筑的破壞,砌體結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 磚木結(jié)構(gòu),四川汶川地震,震后的映秀鎮(zhèn)航拍,秀水鎮(zhèn)民興中學(xué),砌體結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu) 土門鎮(zhèn)中學(xué),漩口中學(xué)某教學(xué)樓,鋼筋混凝土框架,都江堰某公共建筑框架結(jié)構(gòu)局部垮塌,南壩鎮(zhèn)-強(qiáng)梁弱柱導(dǎo)致柱頂產(chǎn)生塑性鉸,鋼筋混凝土框架,磚木結(jié)構(gòu) 土門鎮(zhèn)麓棠村小學(xué),磚木結(jié)構(gòu),綿竹供星鎮(zhèn)一農(nóng)居,都江堰九洲體育館,震害很輕，主要發(fā)生在維護(hù)結(jié)構(gòu),江油體育館（屋頂）,鋼結(jié)構(gòu),震害統(tǒng)計(jì),抗震性能按以下順序依次強(qiáng)： 磚木結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)越性,鋼結(jié)構(gòu)重量輕 鋼結(jié)構(gòu)延性好 鋼結(jié)構(gòu)滯回特性好,鋼結(jié)構(gòu)重量輕,強(qiáng)度：,鋼材強(qiáng)度：Q235Q420 混凝土強(qiáng)度：C20C60 鋼材強(qiáng)度約是混凝土強(qiáng)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。,鋼結(jié)構(gòu)重量輕,截面特性：,鋼構(gòu)件 混凝土構(gòu)件 鋼構(gòu)件截面利用率高于混凝土構(gòu)件 鋼結(jié)構(gòu)自重=（1/23/5）混凝土結(jié)構(gòu)自重,鋼結(jié)構(gòu)地震作用相對(duì)小,鋼結(jié)構(gòu)重量輕,鋼結(jié)構(gòu)延性好,應(yīng)力,應(yīng)變,伸長(zhǎng)率20,混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)應(yīng)變： 0.2%,鋼結(jié)構(gòu)延性好,利用結(jié)構(gòu)延性抵抗地震作用，鋼結(jié)構(gòu)的承載力可減小。,鋼結(jié)構(gòu)延性好,Pe 彈性承載力要求 Py 彈塑性承載力要求,（a）梁,幾種鋼構(gòu)件的滯回曲線,鋼結(jié)構(gòu)滯回特性好,幾種典型的鋼筋混凝土構(gòu)件的滯回曲線,結(jié)構(gòu)地震輸入能量的消耗,結(jié)構(gòu)滯回性能越好，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)越小。,哈哈,鋼結(jié)構(gòu)滯回特性好,鋼結(jié)構(gòu)震害小,總體來說，在同等場(chǎng)地、烈度條件下，鋼結(jié)構(gòu)房屋的震害較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的震害要小,1985年墨西哥城8.1級(jí)地震中不同建筑的破壞情況,鋼結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用,日本 臺(tái)灣地區(qū),日本結(jié)構(gòu)形式比例,位于震中央的臺(tái)中縣霧峰鄉(xiāng)光復(fù)國(guó)中教室倒塌毀壞,臺(tái)灣集集大地震 1999年9月21日,中寮國(guó)小(SRC),臺(tái)灣在集集地震后采用鋼結(jié)構(gòu)建造了許多學(xué)校,乾峰國(guó)?。ㄤ摻Y(jié)構(gòu)）,乾峰國(guó)小-完工后,鋼結(jié)構(gòu)在地震中的破壞,梁柱節(jié)點(diǎn)連接破壞 支撐破壞,地震下剛性連接節(jié)點(diǎn)脆性破壞,返回,新型抗震鋼結(jié)構(gòu),半剛性連接鋼結(jié)構(gòu) 屈曲約束支撐與屈曲約束組合墻,組合節(jié)點(diǎn),半剛性連接鋼結(jié)構(gòu),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,三層兩跨框架的經(jīng)濟(jì)性比較,組合節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?試驗(yàn)裝置圖,P,連接彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線,a 0.06rad,規(guī)范要求：0.04rad,節(jié)點(diǎn)延性破壞,普通支撐的缺點(diǎn)：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,屈曲約束支撐,屈曲約束支撐構(gòu)件組成示意圖,通過外加套筒，約束支撐不發(fā)生屈曲。,屈曲約束支撐的優(yōu)點(diǎn),屈曲約束支撐與普通支撐滯回曲線的對(duì)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(gòu)件工作,1995年神戶地震后，屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)在日本被大量使用。1994年北嶺地震后，美國(guó)也開始接受這種結(jié)構(gòu)。目前日本已有400余棟建筑、臺(tái)灣地區(qū)已在各種建筑采用了約1萬根屈曲約束支撐。,國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況,新日鐵開發(fā)的屈曲約束支撐應(yīng)用實(shí)例,（a）立面,（b）連接節(jié)點(diǎn),國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況,目前存在的問題,1、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)問題 國(guó)內(nèi)尚無屈曲約束支撐產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 2、產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化問題 目前在國(guó)內(nèi)外工程中應(yīng)用的屈曲約束支撐主要為境外廠家產(chǎn)品。,TJI型屈曲約束支撐的設(shè)計(jì)與構(gòu)造,TJI型屈曲約束支撐的技術(shù)特點(diǎn),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(guó)產(chǎn)低碳鋼Q235/Q195和國(guó)產(chǎn)低屈服點(diǎn)鋼（fy225N/mm2）。,加載制度,加載制度,TJI型屈曲約束支撐試驗(yàn),采用位移控制，依次以1/300、1/200、1/150、1/100、1/80支撐長(zhǎng)度（L）的變形往復(fù)加載，每個(gè)變形幅值循環(huán)加載3次。,TJI型屈曲約束支撐性能試驗(yàn),與國(guó)外屈曲約束支撐綜合對(duì)比,1、性能相當(dāng) 2、價(jià)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,上海世博中心,TJI型屈曲約束支撐的應(yīng)用,屈曲約束鋼板墻研究,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(duì)位移，避免在大位移時(shí)混凝土碎裂，保證對(duì)鋼板的屈曲約束作用,試驗(yàn)架,帶混凝土板的鋼板剪力墻,試驗(yàn)框架和反力架,剛加載就有屈曲,最終屈曲情況,純鋼板墻試驗(yàn),捏攏現(xiàn)象嚴(yán)重,照片,試驗(yàn)前混凝土板,試驗(yàn)結(jié)束后混凝土板,沒有捏攏現(xiàn)象,彎曲桿的 寬厚比 b/t 高寬比 l/b,開縫鋼板組合墻,開縫鋼板組合墻,我國(guó)抗震規(guī)范對(duì)采用鋼結(jié)構(gòu)不利,重視小震階段設(shè)計(jì) 輕視結(jié)構(gòu)體系延性要求,地震烈度的隨機(jī)性,我國(guó)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2001）,采用“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)原則 “小震不壞”進(jìn)行構(gòu)件承載力與結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算 “中震可修”無定量要求 “大震不倒”要求不高，執(zhí)行不嚴(yán),計(jì)算小震地震作用所取阻尼比 混凝土結(jié)構(gòu) 12層鋼結(jié)構(gòu) 12層鋼結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)地震作用比值,幾點(diǎn)建議,抗震計(jì)算與設(shè)計(jì)的重點(diǎn)宜放在基本烈度或大震烈度上，而非小震烈度 美國(guó) 大震(50年2%)的2/3 歐洲 中震5