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从汶川地震灾害 看钢结构在地震区的应用

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. 钢筋混凝土框架. 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. 砖木结构 土门镇麓棠村小学. 砖木结构. 绵竹供星镇一农居. 钢结构. 震害很轻，主要发生在维护结构. 江油体育馆（屋顶）. 都江堰九洲体育馆. 震害统计. 抗震性能按以下顺序依次强：

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从汶川地震灾害 看钢结构在地震区的应用

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 四川汶川地震

  4. 震后的映秀镇航拍

  5. 秀水镇民兴中学 砌体结构

  6. 砌体结构土门镇中学

  7. 钢筋混凝土框架 漩口中学某教学楼

  8. 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

  9. 砖木结构 土门镇麓棠村小学

  10. 砖木结构 绵竹供星镇一农居

  11. 钢结构 • 震害很轻，主要发生在维护结构 江油体育馆（屋顶） 都江堰九洲体育馆

  12. 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

  13. 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

  14. 钢结构重量轻 强度： 钢材强度：Q235－Q420 混凝土强度：C20－C60 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。

  15. 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=（1/2~3/5）混凝土结构自重

  16. 钢结构重量轻 钢结构地震作用相对小

  17. 钢结构延性好 应力 应变 伸长率≥20％

  18. 钢结构延性好 混凝土应力应变关系 抗压强度对应应变： 0.2%

  19. Pe 弹性承载力要求 Py 弹塑性承载力要求 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。

  20. 钢结构滞回特性好 ＊几种钢构件的滞回曲线 （a）梁

  21. ＊几种典型的钢筋混凝土构件的滞回曲线

  22. 哈哈 钢结构滞回特性好 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。

  23. 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

  24. 钢结构在地震区的应用 • 日本 • 台湾地区

  25. 日本结构形式比例

  26. 台湾集集大地震 1999年9月21日 位于震中央的台中县雾峰乡光复国中教室倒塌毁坏

  27. 台湾在集集地震后采用钢结构建造了许多学校 中寮国小(SRC)

  28. 乾峰国小（钢结构）

  29. 乾峰国小-完工后

  30. 钢结构在地震中的破坏 • 梁柱节点连接破坏 • 支撑破坏

  31. 一、梁柱连接破坏 图 美国Northridge地震 日本阪神地震

  32. 地震下刚性连接节点脆性破坏 返回

  33. 二、支撑破坏 支撑压屈

  34. 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

  35. 半刚性连接钢结构 组合节点

  36. 均布荷载作用下不同端部约束梁的内力与组合梁承载力均布荷载作用下不同端部约束梁的内力与组合梁承载力

  37. 三层两跨框架的经济性比较

  38. 组合节点的试验模型

  39. 试验装置图 P

  40. 连接弯矩－转角关系曲线 θa > 0.06rad 规范要求：0.04rad

  41. 节点延性破坏

  42. 屈曲约束支撑 • 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

  43. 屈曲约束支撑 通过外加套筒，约束支撑不发生屈曲。 屈曲约束支撑构件组成示意图

  44. 屈曲约束支撑的优点 • 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 屈曲约束支撑与普通支撑滞回曲线的对比

  45. 国内外应用情况 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。

  46. 国内外应用情况 （b）连接节点 （a）立面 新日铁开发的屈曲约束支撑应用实例

  47. 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。

  48. 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（fy≤225N/mm2）。

  49. TJI型屈曲约束支撑试验 加载制度 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。 加载制度

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