地震后美日鋼框架節(jié)點設(shè)計的改進(jìn)(已修改)
2025-04-29 00:21 本頁面
【正文】 北嶺地震和販神地震后美日鋼框架節(jié)點設(shè)計的改進(jìn)摘要：本文介紹1994年美國北嶺地震和1995年日本限神地震引起的鋼框架梁柱節(jié)點破壞情況， 壞原因探討，設(shè)計改進(jìn)措施，兩國構(gòu)造的異同和我國的相關(guān)對策等。 關(guān)鍵詞： 鋼框架 震害 節(jié)點設(shè)計 襯板 1．前言 1994年1月17日發(fā)生在美國加州圣費南多谷地的北嶺地震（Northridge Earthquake）和 正好一年后1995年1月17日發(fā)生在日本兵庫縣南部地區(qū)的阪神地震(HyogokenNanbu Earthquake)是兩次陸域型強震，都導(dǎo)致了焊接鋼框架梁柱附性連接節(jié)點的廣泛破壞。震后兩國進(jìn)行了大量的調(diào)查和研究，揭示了破壞的原因，在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)鋼框架節(jié)點設(shè)計的技術(shù)措施。兩國在此期間都發(fā)表了不少論文，所作的討論開拓了人們的眼界，提供了對鋼框架的節(jié)點設(shè)計的更多了解，對今后鋼框架節(jié)點設(shè)計有深遠(yuǎn)的影響。我們受中國建筑科 學(xué)研究院抗震所委托，對有關(guān)資料進(jìn)行了搜集、整理和歸納，現(xiàn)將其主要內(nèi)容在此作一介紹。 2．美日兩國鋼框架節(jié)點的破壞情況 兩國鋼框架破壞情況的報導(dǎo)，主要集中在梁柱混合連接節(jié)點上，因此本文也以梁柱混 合連接為主要對象?；旌线B接是一種現(xiàn)場連接，其中梁翼緣與柱用全熔透坡口對接焊縫連接，梁腹板通過連接板與柱用高強度螺栓連接。美國慣常采用焊接工字形柱，日本則廣泛采用箱形柱，僅在一個方向組成剛架時采用工字形柱。在梁翼緣連接處，工字形柱腹板上要設(shè)置加勁肋(美國稱為連續(xù)板)，在箱形柱中則要設(shè)置隔板。 美、日兩國梁杠混合連接節(jié)點的典型構(gòu)造。在節(jié)點設(shè)計上，兩國都采用彎矩由翼緣連接承受和剪力由腹板連接承受的設(shè)計方法，美國還規(guī)定，當(dāng)梁翼緣承受的彎矩小于截面總彎矩的70％或梁腹板承受的彎矩大于截面總彎矩的30％時，要將梁腹板與連接板的角部用角焊縫焊接。日本則規(guī)定腹板螺栓連接應(yīng)按保有耐力即框架達(dá)到塑性階段時的承載力設(shè)計，螺栓應(yīng)設(shè)置23列，也是為了考慮腹板可能承受的的彎矩。梁翼緣處的柱加勁肋，美國過去根據(jù)傳力的需要由計算確定，其截面較小。日本根據(jù)構(gòu)造要求采用，其截面較大。 美國北嶺地震后對剛框架節(jié)點破壞的調(diào)查 從70年代以來，美國采用高強螺栓聯(lián)接鋼框架已很普遍，北嶺地震后出現(xiàn)破壞的有100多幢[3] (有的報導(dǎo)說90多幢[7] 、150多幢[1] 或200多幢[5] )。為了弄清破壞的原因，北嶺地震后不久，在美國聯(lián)邦應(yīng)急管理局(FEMA)資肋下，有加州結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(SEAOC)、應(yīng)用技術(shù)研究會(ATC)和加州一些大學(xué)的地震工程研究單位(CU)等組成了被稱為SAC和聯(lián)合動機構(gòu)，對此開展了深入調(diào)查和研究，以便弄清破壞原因和提出改進(jìn)措施。 美國的鋼框架梁柱連接，在50年代多采用鉚釘連接，60年代逐步改用高強度螺栓連接。為了評估栓焊混合連接的有效性，曾進(jìn)行過一系列試驗，這種由翼緣焊縫抗彎和腹板螺栓連接抗剪的節(jié)點，美國以前規(guī)定其塑性轉(zhuǎn)角應(yīng)達(dá)到 O．015rad(≈1／65)，但大量試驗表明，塑性轉(zhuǎn)角的試驗結(jié)果很離散，且出現(xiàn)了早期破壞，總的說來性能很不穩(wěn)定。北嶺地震前，德州大學(xué)教授Engelhardt就曾對這種連接在大震時的性能產(chǎn)生疑問，指出在大震時要密切注意，對它的的設(shè)計方法和連接構(gòu)造要進(jìn)行改進(jìn)[7] 。 北嶺地震證實了這一疑慮，為此SAC通過柏克萊加州大學(xué)地震工程研究中心(EERC) 等4個試驗場地，進(jìn)行了以了解震前節(jié)點的變形響應(yīng)和修復(fù)性能為目的的足尺試驗和改進(jìn)后的節(jié)點試驗。對北嶺地震前通常做法的節(jié)點及破壞后重新修復(fù)節(jié)點的試驗表明全部試 驗都觀察到了與現(xiàn)場裂縫類似的早期裂縫，試驗的特性曲線亦與以前的試驗結(jié)果相同，是SAC經(jīng)過研究后確定的目標(biāo)值0．03弧度的1／6，說明北嶺地震前鋼框架節(jié)點連接性能很差，這與地震中的連接破壞是吻合的。而且破壞前 沒有看到或很少看到有延性表現(xiàn)，與設(shè)想能發(fā)展很大延性e6鋼框架設(shè)計意圖是違背的。 焊接鋼框架節(jié)點的破壞，主要發(fā)生在梁的下翼緣，而且一般是由焊縫根部萌生的脆性破壞裂紋引起的。裂紋擴展的途徑是多樣的，由焊根進(jìn)入母材或熱影響區(qū)。一旦翼緣壞了， 由螺栓或焊縫連接的剪力連接板往往被拉開，沿連接線由下向上擴展。最具潛在危險的是由焊縫根部通過柱翼緣和腹板擴展的斷裂裂縫。 從破壞的程度看，可見裂縫約占2030％，大量的是用超聲波探傷等方法才能發(fā)現(xiàn)的不可見裂紋。裂紋在上翼緣和下翼緣之間出現(xiàn)的比例為1：51：20，在焊縫和母材上出現(xiàn) 的比例約為1：10到1：100。一般認(rèn)為，混凝土樓板的組合作用減小了上翼緣的破壞，也有人認(rèn)為上翼緣焊縫根部不象下翼緣那樣位于梁的最外側(cè)，因此焊根中引起的應(yīng)力較低，減少了上翼緣破壞的概率[1] 。 美國
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