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地震后钢结构工程钢框架节点可能出现的6个问题
编辑:加固企业  来源:云顶娱乐官方网站  发表时间:2014/3/10 8:47:27  点击:1364

  1994年1月17日发生在美国加州圣费南多谷地的北岭地震和正好一年后1995年1月17日发生在日本兵库县南部地区的阪神地震是两次陆域型强震,都导致了焊接钢框架梁-柱附性连接节点的广泛破坏。震后两国进行了大量的调查和研究,揭示了破坏的原因,在此基础上提出了改进钢框架节点设计的技术措施。

  1.抗震加固企业认为:钢框架破坏的情况主要集中在梁柱混合连接节点上,以梁柱混合连接为主要对象。混合连接是一种现场连接,其中梁翼缘与柱用全熔透坡口对接焊缝连接,梁腹板通过连接板与柱用高强度螺栓连接。美国惯常采用焊接工字形柱,箱形柱仅在一个方向组成刚架时采用工字形柱。在梁翼缘连接处,工字形柱腹板上要设置加劲肋,在箱形柱中则要设置隔板。

  2.在节点设计上,两国都采用弯矩由翼缘连接承受和剪力由腹板连接承受的设计方法,当梁翼缘承受的弯矩小于截面总弯矩的70%或梁腹板承受的弯矩大于截面总弯矩的30%时,要将梁腹板与连接板的角部用角焊缝焊接。腹板螺栓连接应按保有耐力即框架达到塑性阶段时的承载力设计,螺栓应设置2-3列,也是为了考虑腹板可能承受的的弯矩。梁翼缘处的柱加劲肋,根据传力的需要由计算确定,其截面较小。
  
    3.钢框架梁-柱连接在50年代多采用铆钉连接,60年代逐步改用高强度螺栓连接。为了评估栓焊混合连接的有效性,曾进行过一系列试验,这种由翼缘焊缝抗弯和腹板螺栓连接抗剪的节点,但大量试验表明,塑性转角的试验结果很离散,且出现了早期破坏,总的说来性能很不稳定。对设计方法和连接构造要进行改进进行了以了解震前节点的变形响应和修复性能为目的的足尺试验和改进后的节点试验。对北岭地震前通常做法的节点及破坏后重新修复节点的试验表明全部试验都观察到了与现场裂缝类似的早期裂缝,试验的特性曲线亦与以前的试验结果相同,梁的塑性转动能力平均为0.05弧度,是SAC经过研究后确定的目标值0.03弧度的1/6,说明北岭地震前钢框架节点连接性能很差,这与地震中的连接破坏是吻合的。而且破坏前没有看或很少看到有延性表现,与设想能发展很大延性e6钢框架设计意图是违背的。焊接钢框架节点的破坏,主要发生在梁的下翼缘,而且一般是由焊缝根部萌生的脆性破坏裂纹引起的。裂纹扩展的途径是多样的,由焊根进入母材或热影响区。一旦翼缘坏了,由螺栓或焊缝连接的剪力连接板往往被拉开,沿连接线由下向上扩展。最具潜在危险的是由焊缝根部通过柱翼缘和腹板扩展的断裂裂缝。

  4.大量的是用超声波探伤等方法才能发现的不可见裂纹。裂纹在上翼缘和下翼缘之间出现的比例为1:5-1:20,在焊缝和母材上出现的比例约为1:10到1:100.一般认为,混凝土楼板的组合作用减小了上翼缘的破坏,也有人认为上翼缘焊缝根部不象下翼缘那样位于梁的最外侧,因此焊根中引起的应力较低,减少了上翼缘破坏的概率地震中几种主要连接破坏形式作了归纳,由下翼缘焊缝根部开始出现的这样或那样的破坏,最多的是沿焊缝金属的边缘破坏,另有沿柱翼缘表面附近裂开的剥离破坏,也有沿腹板板切角端部开始的梁翼缘断裂破坏,或从柱翼缘穿透柱腹板的断裂破坏。

  5.地震不会使钢框架房屋倒塌,也没有因钢框架节点破坏引起人身伤亡,但使业主和保险企业支付了大量的修复费用。因钢结构相对于其它结构的震害较少,除新发现了钢柱脆断或柱脚拔起外,钢框架节点的破坏主要表现在扇形切角工艺孔部位,但因结构体被内外装修所隐蔽,一般业主、设计或施工人员对此震害调查不太积极,对钢框架系统震害的调查遇到一定困难。仅管如此,

  6.对于混合连接的研究,建筑处于低潮机会结合自屏蔽电弧焊的出现和应用,随着高层、超高层和大跨度钢结构建筑的增多,梁柱截面增大,若采用过去的梁悬臂段形式,由于运输尺寸上的限制,悬臂长度大致不能超过1m;另一方面,由于梁翼缘板厚增大,拼接螺栓增多,结果梁端至最近螺栓的距离只有500mm左右,截面受到很大削弱,对保证梁端塑性变形很不利。这样,在大型钢结构工程中,现在较多采用梁与柱的混合连接。是采用箱形柱时的混合连接示意图梁翼缘与箱形柱隔板直接焊接.地震前梁端翼缘焊缝处的破坏几乎都是在梁下翼缘从扇形切角工艺孔端开始的,没有看到象在地震中出现的沿焊缝金属及其边缘破坏的情况。

 

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