1、主讲主讲四川建筑职业技术学院工学博士四川建筑职业技术学院工学博士 钢结构震害分析钢结构震害分析2015.11陈文元陈文元Page Page 2 2强度高、延性好、重量轻、抗震性能好强度高、延性好、重量轻、抗震性能好 钢结构特性：钢结构特性：震害举例及比较震害举例及比较 1985 1985年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况年墨西哥城地震中钢结构和钢筋混凝土结构的破坏情况 建造年份建造年份钢结构钢结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结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年以前年以前71271619571976年年3151231976年以后年以后0046总体来说，在同等场
2、地、烈度条件下，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钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 3 319781978年日本宫城县远海地震（里氏年日本宫城县远海地震（里氏7.47.4级）级）19781978年日本宫城县远海地震年日本宫城县远海地震钢结构建筑钢结构建筑破坏类型统计破坏类型统计 结结 构构 数数 量量 破破 坏坏 类类 型型破破 坏坏 等等 级级*统统 计计总数总数百分比百分比(%)过度弯曲过度弯曲柱柱22117.4梁梁1梁、柱局部梁、柱局部屈曲屈曲2112连接破坏连接破坏支撑连接支撑连
3、接613256311980.4梁柱连接梁柱连接21柱脚连接柱脚连接421其它连接其它连接11基础失效基础失效不均匀沉降不均匀沉降24121812.2总计总计8233483148100支撑连接更易遭受地震破坏支撑连接更易遭受地震破坏级：支撑连接出现裂级：支撑连接出现裂 纹，但没有不可纹，但没有不可 恢复的屈曲变形恢复的屈曲变形级：出现小于级：出现小于1/301/30 层高的永久层高的永久 层间变形层间变形级：出现大于级：出现大于1/301/30 层高的永久层高的永久 层间变形层间变形级：倒塌或无法级：倒塌或无法 继续使用继续使用Page Page 4 4多高层钢结构在震害中的破坏形式有三种：多高
4、层钢结构在震害中的破坏形式有三种：1）节点连接破坏；）节点连接破坏；2）构件破坏；）构件破坏；3）结构倒塌破坏）结构倒塌破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 5 5一、节点连接破坏一、节点连接破坏1.1.支撑连接破坏支撑连接破坏 圆钢支撑连接的破坏圆钢支撑连接的破坏 角钢支撑连接的破坏角钢支撑连接的破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析轻轻钢门式刚架柱间交叉系杆花篮螺丝破坏钢门式刚架柱间交叉系杆花篮螺丝破坏 Page Page 6 62.2.梁柱连接破坏梁柱连接破坏 美国美国NorthridgeNorthridge地震地震 日本阪神地震日本阪神地震 钢结构震害分析钢结构震害分析Pa
5、ge Page 7 7 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 8 8 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 9 9梁柱节点震害梁焊缝断裂梁柱节点震害梁焊缝断裂 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1010梁柱节点震害梁螺栓破坏梁柱节点震害梁螺栓破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1111 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1212 震害调查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的震害调查发现，梁柱连接的破坏大多数发生在梁的下翼缘下翼缘处，处，而上翼缘的破坏要少得多而上翼缘的破坏要少得多 原因原因：1.1.楼板与梁共同变形导致下翼缘应力
6、楼板与梁共同变形导致下翼缘应力增大。增大。2.2.下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝下翼缘在腹板位置焊接的中断是一个显著的焊缝缺陷缺陷。钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1313 基础锚固破坏基础锚固破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1414 基础锚固破坏基础锚固破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1515梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因梁柱刚性连接裂缝或断裂破坏的原因 ：1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷2.2.三轴应力三轴应力这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源这些缺陷将成为裂缝开展直至断裂的起源 梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，梁柱
7、连接的焊缝变形由于受到梁和柱约束，施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆施焊后焊缝残存三轴拉应力，使材料变脆 如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 16163.3.构造缺陷构造缺陷 出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实际出于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实际工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘之间就工程中衬板在焊接后就留在结构上，这样衬板与柱翼缘之间就形成一条形成一条“人工人工”裂缝，成为连接裂缝发展的起源。裂缝，成为连接裂缝发展的起源。4.4.焊缝金属冲击韧性焊缝金属冲击韧性 低的冲击韧性使低的
8、冲击韧性使得连接很易产生脆性得连接很易产生脆性破坏，成为引发节点破坏，成为引发节点破坏的重要因素破坏的重要因素 图图“人工人工”裂缝裂缝 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 17172 2）构件破坏）构件破坏 多高层建筑钢结构构件破坏的主要多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有形式有 1.1.支撑压屈支撑压屈 支撑在地震中所受的压力超过其屈支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时，即曲临界力时，即压屈破坏压屈破坏 支撑压曲支撑压曲 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1818斜撑受压屈曲斜撑受压屈曲 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 1919斜撑在节点处受拉
9、断裂斜撑在节点处受拉断裂 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2020某厂房柱间支撑屈曲某厂房柱间支撑屈曲 汶川地震汶川地震某厂房柱间支撑屈曲某厂房柱间支撑屈曲 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2121某厂房柱间支撑屈曲某厂房柱间支撑屈曲 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2222厂房柱间支撑节点板破坏厂房柱间支撑节点板破坏 某厂房屋架支撑严重破坏某厂房屋架支撑严重破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2323某车间屋架支撑严重破坏某车间屋架支撑严重破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2424 梁或柱在地震作用下反复受
10、弯，梁或柱在地震作用下反复受弯，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏可能发生翼缘局部失稳破坏 2.2.梁柱局部失稳梁柱局部失稳1 1 翼缘屈曲翼缘屈曲2 2 腹板屈曲腹板屈曲3 3 腹板裂缝腹板裂缝4 4 截面扭转屈曲截面扭转屈曲 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2525母材的断裂母材的断裂 支撑处的断裂支撑处的断裂 19951995年日本阪神地震位于阪神地震区芦屋市海滨城的年日本阪神地震位于阪神地震区芦屋市海滨城的5252栋高栋高层钢结构住宅，有层钢结构住宅，有5757根钢柱发生断裂，其中根钢柱发生断裂，其中1313根钢柱为
11、母材断裂，根钢柱为母材断裂，7 7根钢柱在与支撑连接处断裂，根钢柱在与支撑连接处断裂，3737根钢柱在拼接焊缝处断裂。根钢柱在拼接焊缝处断裂。3.3.柱水平裂缝或断裂破坏柱水平裂缝或断裂破坏 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2626钢栈桥的局部屈曲 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 27273）结构倒塌结构倒塌 钢结构震害分析钢结构震害分析Page Page 2828 钢结构震害分析钢结构震害分析Pino Suarez building Pino Suarez building 墨西哥城Page Page 2929车间围护墙倒塌车间围护墙倒塌 钢结构震害分析钢结构震害分析谢 谢2015.11
