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抗震技术论文范文1
中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A 文章编号:
0 引 言
在层高一定的情况下,为提高延性而降低轴压比则会导致柱截面增大,且轴压比越小截面越大;而截面增大导致剪跨比减小,又降低了构件的延性。因此,在高层特别是超高层建筑结构设计中,为满足规程[1]对轴压比限值的要求,柱子的截面往往比较大,在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。另外,诸如图书馆的书库、层高较低的储藏室、高层建筑的地下车库等由于使用荷载大,层高较低,在设计中也不可避免地会出现短柱。众所周知,短柱的延性很差,尤其是超短柱几乎没有延性,在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时,很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌,无法满足“中震可修,大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生,笔者认为,首先要正确判定短柱,然后对短柱采取一些构造措施或处理,提高短柱的延性和抗震性能。
1 短柱的正确判定
规程[1]和规范[2]都规定,柱净高H与截面高度h之比H/h≤4为短柱,工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱,这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ,只有剪跨比λ=M/Vh≤2的柱才是短柱,而柱净高与截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2,亦即不一定是短柱。按H/h≤4来判定的主要依据是:①λ=M/Vh≤2;②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点,取M=0.5VH,则λ=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2,由此即得H/h≤4。但是,对于高层建筑,梁、柱线刚度比较小,特别是底部几层,由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小,反弯点的高度会比柱高的一半高得多,甚至不出现反弯点,此时不宜按H/h≤4来判定短柱,而应按短柱的力学定义--剪跨比λ=M/Vh≤2来判定才是正确的。
框架柱的反弯点不在柱中点时,柱子上、下端截面的弯矩值大小就不一样,即Mt≠Mb。因此,框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一样的,即λt=Mt/Vh≠λb=Mb/Vh。此时,应采用哪一个截面的剪跨比来判断框架柱是不是属于短柱呢?笔者认为,应该采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值,即取λ=max(λt,λb)。其理由如下:框架柱的受力情况有如一根受有定值轴压力的连续梁,柱高Hn相当于连续梁的剪跨a,已有的试验研究结果表明[10]:对于剪跨a不变的连续梁,当截面上、下配置的纵筋相同时,剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段;对于框架柱,临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段。
事实上,在柱高Hn或连续梁剪跨a的范围内,最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的。钢筋砼构件的抗剪承载力是随剪跨比λ增大而降低的。所以,同样条件下,弯矩较大区段的截面抗剪承载力要比弯矩较小区段的小,在荷载作用下,如果发生剪切破坏,就只能是在弯矩较大区段上。用来判断框架柱是否属于短柱的剪跨比λ当然应是可能发生剪切破坏截面的剪跨比λ。
一般情况下,在高层建筑的底部几层,框架柱的反弯点都偏上,即Mb>Mt。此时,可按式(1)或式(2)判定短柱:
或Hn/h≤2/yn(2)
式中,yn- -n层柱的反弯点高度比,根据几何关系,可得:yn=1/(1+Ψ),其中,Ψ=Mt/Mb,0≤Ψ≤1;
Hn- -n层柱的净高。
式(2)具有一般性。当反弯点在柱中点时,Ψ=1,yn=0.5,式(2)即成为Hn/h≤4;当反弯点在柱上端截面时,Ψ=0,yn=1,式(2)即成为Hn/h≤2;如果框架柱上不出现反弯点,就应采用最大弯矩作用截面的剪跨比λ=M/Vh≤2来判断短柱。
当需要初步判断框架柱是否属于短柱时,可先按D值法确定柱子的反弯点高度比yn,然后按式(2)判断短柱。在施工图设计阶段,可根据电算结果作进一步判断。
2 改善短柱抗震性能的措施
当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时,按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可;确定为短柱后,就应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。
2.1 使用复合螺旋箍筋
高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的,柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱,只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求,是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此,使用复合螺旋箍筋[4]来提高柱子的抗剪承载力,改善对砼的约束作用,能够达到改善短柱抗震性能的目的。
2.2 采用分体柱
由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多,在地震作用下往往是因剪坏而失效,其抗弯强度不能完全发挥。因此,可人为地削弱短柱的抗弯强度,使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度,这样,在地震作用下,柱子将首先达到抗弯强度,从而呈现出延性的破坏状态。
人为削弱抗弯强度的方法,可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱,分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键,以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般,连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。
对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明[3~4]:采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变,抗弯承载力稍有降低,但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高,其破坏形态由剪切型转化为弯曲型,从而实现了短柱变“长柱”的设想,有效地改善了短柱尤其是剪跨比λ≤1.5的超短柱的抗震性能。分体柱方法已在实际工程中得到应用[5]。2.3 采用钢骨砼柱
钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。
与钢结构相比,钢骨砼柱的外包砼可以防止钢构件的局部屈曲,提高柱的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨砼结构,一般可比钢结构节约钢材达50%以上[6]。此外,外包砼增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋砼结构相比,由于配置了钢骨,使柱子的承载力大大提高,从而有效地减小柱截面尺寸;钢骨翼缘与箍筋对砼有很好的约束作用,砼的延性得到提高,加上钢骨本身良好的塑性,使柱子具有良好的延性及耗能能力。
由于钢骨砼柱充分发挥了钢与砼两种材料的特点,具有截面尺寸小,自重轻,延性好以及优越的技术经济指标等特点,如果在高层或超高层钢筋砼结构下部的若干层采用钢骨砼柱,可以大大减小柱的截面尺寸,显著改善结构的抗震性能。
2.4 采用钢管砼柱
钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料,是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束,使得砼处于三向受压状态,从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高,砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时,钢管既是纵筋,又是横向箍筋,其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下,这相当于配筋率至少都在4.6%以上,这远远超过抗震规范[2]对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于钢管砼的抗压强度和变形能力特佳,即使在高轴压比条件下,仍可形成在受压区发展塑性变形的“压铰”,不存在受压区先破坏的问题,也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。因此,从保证控制截面的转动能力而言,无需限定轴压比限值[8]。规程[9]规定,钢管砼单肢柱的承载力可按式(3)计算:
N≤φ1φeN0(3)
式中,;
θ=faAa/fcAc称为套箍指标,0.3≤θ≤3;
φ1,φe的物理意义及计算方法见规程[9]。
由式(3)可以看出,当选用了高强砼和合适的套箍指标θ后,柱子的承载力可大幅度提高,通常柱截面可比普通钢筋砼柱减小一半以上,消除了短柱并具有良好的抗震性能。
3 小 结
抗震技术论文范文2
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抗震技术论文范文3
重庆位于我国南北地震带中段东侧,属中强地震比较活跃的地域,1996年重庆市被国务院列为全国地震重点监视防御城市。重庆地区的中强地震具有震源浅、烈度高、震害严重、易导致严重的次生灾害等特点。由于重庆乡镇人口集中,地震所造成的灾害损失和社会影响很大。近年来,随着重庆经济社会的发展,城乡居民的住房条件有了明显改善,但广大农村地区仍是防震减灾工作的薄弱地区。因此逐步提高农村防震能力是当前迫切开展的一项工作,是加强农村防震减灾工作,统筹城乡一体化的必然结果。
一、重庆农村民居防震设防应对措施
农居抗震设防历来是防震减灾工作的薄弱环节,我国在前几年确定防震减灾十年目标时,是以城市为重点,要求在各级政府和全社会的共同努力下,争取用10年左右时间使我国大中城市和人口稠密、经济发达地区具备抗御6级左右地震的能力,当时农村的抗震设防工作没有提到议事日程。随着农村经济的发展和地震对农村经济破坏的加重,农居地震安全工程已引起了党和政府的高度重视,并提出了“突出重点、全民防御,健全体系、强化管理,社会参与、共同抵御”三大战略要求。
为贯彻落实全国农村民居防震保安工作会议精神,努力提高农村民居防震保安能力,2007年重庆市建委、市地震局提出了全市的农村民居地震安全工程的实施意见;2008重庆市政府拟出台文件,要求按高于《中国地震动参数区划图》确定的抗震设防要求设计,提高重庆市新建、改建大楼的防震标准;2009政府又安排300万元专款,组织有关专家和科研单位,开展农村民居经济实用抗震技术和农村民居巴渝建筑风貌特色研究,编制实用技术标准。目前,区县的抗震民居示范工程已经逐步启动。
二、农村民居抗震设防基本状况和存在的问题
随着改革开放以后人民群众物质文化生活水平的提高,村镇建筑(本文仅指不纳入建设行政主管部门管理的居民建筑)建设的快速增长,居民的房屋结构也由传统的土坯或土木结构逐渐改为砌体结构、框架结构。但由于缺乏有效的技术指导,多数建筑在没有规范设计和规范施工的情况下就已建成,留下了不少的安全隐患。具体问题在于:一是目前重庆市村镇建筑多由居民自己出资,在自有土地产权范围内建设,一般不纳入政府职能部门的基本建设管理范围,大多无正规设计标准,房主仅为了满足自身需求,依照自己拟定的功能、开间尺寸、进深尺寸、层高、层数等来进行建盖;二是施工方大多属无资质的农民施工队,工匠技能参差不齐。建盖过程中,凭建房农民自己的经验和感觉,甚至是错误的经验就把房屋结构建盖起来;三是建筑经费使用不合理,主要追求住房的高大、宽敞、明亮,在外表装饰上投入过多,在结构抗震上过分省钱,有的甚至不与考虑过房屋结构的抗震问题;四是地基选择不合理,地基挖掘深度不够,处理方式简单,大多数仅在地面下50公分左右填埋碎石或片石,很少打地圈梁,基本没有加钢筋,多层建筑大多没有圈梁;五是承重墙厚度达不到要求,有的砖混结构承重墙仅是l2墙,普遍存在砖木结构房屋层高超高,达4~5米;六是砂桨比例不合理,粘接强度差,建筑质量差,忽视抗震设防标准,达不到抗震设防的要求。
从重庆5个乡镇民居的调查统计分析情况看:个别地区乡镇经济发展较快,农民生活逐渐富裕,房屋建筑情况相对好些,主要以混合和混预结构为主,采用了圈梁,结构上具有一定的抗震能力,约占调查总数的10%;以砖混合预制结构为主的农家自建楼房,建房过程中根本未考虑抗震设防因素,施工人员技能普遍很低,特别是部分房屋的选址不科学、地基不稳定,不符合抗震设防要求,虽然这类房屋具有一定的抗震性能但很脆弱,约占调查总数的25%;在有些偏僻山区的情况相对较差,由于经济原因主要以土木结构(土坯房)为主,少部分为砖木结构,房屋基本不具备抗震能力,约占总数的65%。总体上看,农村民居抗震能力十分脆弱,推广和加强农村民居地震安全工程的工作十分必要。
三、推行民居抗震设防工作需加强的几项工作
推进农村民居地震安全工程是一项复杂的系统工程,是一项长期而艰巨的任务。各级政府要在民居安全工程建设中发挥主导作用,将其纳入政府的议事日程,要落实分管领导、责任到人。在推进农村民居防震保安工作中不容忽视以下几个方面:
1、专家参与设计,组织进行抗震性能房屋建设论证。针对不同地区、不同经济条件下各种机构类型,给出当地群众经济上易接受的抗震技术措施和指导性建议。通过编制地区性房屋抗震技术标准和抗震构造图集的形式,指导村镇房屋建造,提高其综合抗震能力。
2、领导重视。少数乡镇政府对农居抗震设防工作没有给予足够的重视,干部群众防震减灾意识淡薄,存在侥幸心理,对推广民居地震安全工程积极性不高,没有建立农居档案,心中无数,这种现状对今后的抗震救灾工作极为不利。
3、严把五关。严把选址关:严格规划选址实行统一规划、分栋(分户)自建,严格按建设程序审批。规划选址用地避开山洪、风口、泥石流、洪水淹没、风景区核心景区、地下采空区、高压输电线路等,并要求有充足的水源和便利的交通条件,以方便生产生活;严把建筑设计关:住宅方案供农民选择使用,免费向村民提供住宅设计图集,住宅设计一般为2~4层,达到国家技术标准,满足农村生产生活需要;严把施工关:以镇为单位编制施工方案,组织有资质的施工企业或持证工匠施工,杜绝无证施工,加强施工安全管理;严把工程质量关:聘请监理公司或区质监站对农房建设进行监理和监督,同时还应建立由镇村管所技术人员、村组干部、建房业主代表三方组成的质量监督小组进行质量监督;严把建筑材料关:凡进入施工现场的建筑材料及构配件必须符合国家标准,凡不能满足技术标准的一律禁止进入施工现场。
4、加强宣传教育。农村长期存在防震抗震知识不足,对建房质量认识不能到位,采用科学、灵活、及时有效的宣传方式,通过各种宣传媒体,将农村住宅建设防震抗震知识普及到乡(镇)、村庄和农户,使广大农民建设安全农居变为维护自身生命财产安的自觉行动,增强市民防震意识。
5、加强监管,保障农村民居抗震质量。把抗震设防管理纳入工程审批、规划、勘察、设计、施工、验收等各个管理环节中,加强监管,确保抗震设防质量。
四、结束语
农村民居防震保安工作要结合新农村建设来改善农民居住条件,是加强农村民居防震减灾能力的一种基本措施。同时,积极宣传,提高农民认识,让农民自主自愿参与实施地震安全民居工程,做好抗震设防技术指导和服务是实施地震安全民居工程的核心。
(作者单位:重庆大学建设管理与房地产学院)
主要参考文献
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抗震技术论文范文4
关键词:地震,建筑结构,抗震能力
破坏性地震会给国家经济建设和人民生命财产安全造成直接和间接的危害和损失,尤其是强烈的地震会给人类带来巨大的灾害。目前,每年全世界由地震灾害造成的平均死亡人数达8000-10000 人,平均经济损失每次达十亿美元。尽管如此,地震造成的惨重人员伤亡和巨大的财产损失,主要却是由建筑物的破坏所引起。因此,如何提高建筑物的抗震能力就成为一个很关注的问题。
1.影响建筑结构抗震能力的主要因素
1.1建造结构所用的材料及施工质量
这个因素是显而易见的,但是也容易被人们忽视。对于材料而言,我们要明确这样一个道理:地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下,质量大,地震作用就大,震害程度就大;质量小,地震作用就小,震害就小。所以,在建筑的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中,广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材、瓦楞铁等轻质材料,将能显著改善建筑的抗震性能。
施工质量的影响是深远的,在整个施工过程中,任何一个环节出现问题,都可能影响建筑结构本身的抗震能力。施工中造成的材料性能和截面几何特征在一定范围内变动,砂浆强度、混凝土浇筑质量以及延性构造措施在施工中的变动等施工质量问题,对实际结构抗震性能具有重要影响。
1.2建筑物本身的设计
建筑物如果平面布置复杂,致使质心与刚心不重合,在地震作用下产生扭转效应,则会加剧地震的破坏作用。海城地震和唐山地震中有不少这样的震害实例。台湾921 地震中,一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则,在水平地震作用下,结构产生严重扭转效应而破坏倒塌,同时撞坏相邻建筑上部的阳台。抗震设计中,要求结构平面布置尽可能地使结构的刚心和质心相一致,以减小地震作用下结构产生的扭转效应,对于结构平面布置不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端抗震墙或框架柱承载力的验算。建筑立面应避免头重脚轻,结构重心尽可能的降低,出屋面部分如屋顶的女儿墙、水箱间等,由于根部与下部结构连接薄弱,刚度突变,受鞭梢效应影响严重,在地震时容易率先破坏倾倒;另外,其地震作用通过周边的屋面结构传至下部结构,如屋面结构刚度不够时,在突出屋面结构的下部一定范围内破坏相对集中。
1.3建筑场地
地震造成建筑物的破坏, 情况是各种各样的。其一,由于地震时的地面强烈运动,使建筑物在振动过程中,因丧失整体性或强度不足,或变形过大而破坏;其二,由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害所造成;其三,由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。免费论文参考网。前两种可以通过工程措施加以防治,而后一种情况,单靠工程措施很难达到预防目的,或者代价昂贵。
2.建筑结构抗震能力评估方法
建筑结构抗震能力评估方法是高层建筑结构分析的核心内容。只有对建筑结构抗震能力正确的评估,才能有预见性的研究出合理而科学的建筑结构。
2.1弹塑性计量法
目前,弹塑性分析已经成为结构抗震设计的一个重要组成部分。国内外大量地震震害教训表明,建于强震区的早期结构,具有较高的地震易损伤性。如何评定这些已建结构的抗震性能,并据此进行合理的抗震加固,对最大限度的降低地震震害损失以及保护人民生命财产安全,都具有重要意义。弹塑性分析法主要用于对现有结构或设计方案进行抗侧力能力的计算,从而估计其抗震能力,自从基于性能的抗震设计理论提出之后,该方法的应用范围逐渐扩大到新建建筑结构的弹塑性抗震分析。这种方法与传统的抗震静力方法区别主要在于它考虑了结构的弹塑性性能并将设计反应谱引入了计算过程和计算结果的解释。基本原理是:在结构上施加竖向荷载并保持不变,同时施加某种分布的水平荷载,该水平荷载单调增加,构件逐步屈服,从而得到结构在横向静力作用下的弹塑性性能。正因为弹塑性计量法的这种特点,已经在建筑结构抗震能力评估领域发挥越来越重要的作用。而其中弹塑性静力分析作为结构弹塑性变形分析方法之一,以其实用性较强的优点正受到越来越多的关注,已经被列入我国《建筑抗震设计规范》。
2.2反应谱法
用动力方法计算质点体系地震反应,建立反应谱;再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载;然后按静力方法进行结构计算设计的方法。因此,是一种拟静力方法。我国抗震规范及高层规范都要求在高层建筑中用反应谱方法计算等效地震力,一般有两种方法:第一种是反应谱底部剪力法:当结构高度小于40m,沿高度方向质量刚度分布比较均匀,以第一振型为主的高层建筑;第二种反应谱振型叠加法:当把结构简化为平面结构进行分析时,采用平方和的平方根法(SRSS 方法);当采用空间协同分析或空间分析方法时,考虑空间各振型的相互影响,采用完全二次方程法(CQC 方法)。
3.提高我国建筑结构抗震能力的建议
3.1对旧有建筑进行加固行动
建成于七十年代前后的建筑物,限于当时的具体条件,基本上都没有或者很少考虑抗震问题,很多房屋现在已经开始出现基础沉降、墙体裂缝、倾斜、面层剥落等现象或隐患,其中部分建筑已影响使用,甚至出现危房。免费论文参考网。鉴于拆旧建新投资费用较大,为了确保人民生命财产的安全,充分利用原有旧房,对不符合抗震要求的进行加固,对部分部位及构件进行修缮,以满足抗震设防目标,是十分必要的。而通常的方法是将结构隔震、消能减震技术应用到建筑物的抗震加固中。这种方法在某些方面具有独特的优点,它摆脱了常规加固中以构件承载力为主的加固模式,寻求通过减小建筑物上地震作用的途径,使结构及构件满足承载力要求,从而达到加固目的。我国人口众多,地震灾害频繁,因此多途径研究探索既有建筑物的抗震改造加固方法,以满足不同的改造加固要求,对工程结构抗震具有积极的意义。
3.2研究开发更为合理的结构形式
随着科技日益高速发展,自重轻、跨度大、功能多样、施工周期短成为现代建筑结构的发展方向。免费论文参考网。因而,研制出轻质高强的新型建筑材料,研究开发合理的结构形式成为各种新型结构体系应运而生的前提和基础。
我们可以推荐开合屋盖结构。这种结构是一种在很短时间内部分或全部屋盖结构可以移动或开合的结构形式,它使建筑物在屋顶开启和关闭两个状态下使用。开合屋盖是将一个完整的屋盖结构划分成几个可动和固定单元,使可动单元能够按照一定轨迹移动达到屋盖开合运转的目的。根据开合机理,屋盖体系的开合移动方式可分为:水平移动方式、水平旋转移动方式、空间移动方式、绕枢轴转动方式、折叠移动方式和组合移动方式等。开合屋盖结构的设计与施工涉及到建筑、结构、机械、控制诸多方面的影响和控制,是一种全方位的知识的理解与运用的结晶。开合结构体系运用的好坏与它的造型、功能相关,还与其屋盖在开启状态下的开启率、天空形状和亮度,屋盖关闭后的形状、运转和施工难度等许多方面的因素相关。该种结构在屋顶中心设置液压阻尼器减震,避免了在开合过程中振幅过大导致附属材料之间的互相碰撞。屋盖移动的轨道上装有地震仪,这一装置保证了该结构在发生地震时的结构安全和正常运转。虽然现在我国的开合结构还处于起始状态,但是由于开合结构具有的独特优越性,我国的建筑师和结构工程师们已经开始关注这一新型结构体系。
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抗震技术论文范文5
论文关键词:桥梁设计 隔震设计
论文摘要:近年来我国城市交通事业迅猛发展,桥梁在城市发展中的作用日益显现和提高,因此客观上要求桥梁抗震效能的增强与改善。本文从三个方面来介绍桥梁设计中的隔震设计:第一部分强调了加强桥梁隔震设计的重要性,第二部分介绍了桥梁隔震设计的相关理论,在第三部分着重介绍了桥梁隔震设计的方法。
桥梁是现代城市化建设中的重要基础设施,它具有极强的社会公共性,建设时其投资较大且后期运营管理中也相对困难。另外桥梁作为危机管理系统的重要构成部分,应当具备较强的抗震性能,因为桥梁抗震性能的提高可以有效地减少地震后的损失。
1 桥梁进行隔震设计的好处和重要性
1.1 桥梁隔震设计的重要性
桥梁设计中的隔震设计指的是在桥梁建设时安装隔震器,它可以使桥梁在水平方向上得到柔性支承,这样就使水平方向上的周期延长,另外还要安装阻尼器来,这样做是为了提高桥梁的阻尼效应,可以再地震发生时降低地震的作用。
近些年,国外一些发达国际在桥梁的隔震设计方面加强了研究取得了很多重大的突破。但我国在这些方面还比较落后,研究还处于初级阶段且缺乏系统性,主要一些方法大多采用国外的研究经验和成果。
1.2 桥梁隔震设计的好处
在桥梁的设计中加强隔震设计,可以有效地改善和分解地震后的地震力在各结构支座间力的分布情况,这样可以保护桥梁的基础部位,同时对桥梁的上部结构可以有效地支撑和保护。
在桥梁设计中的相关隔震设计可起到调节横向刚度的作用,这样可以改善桥梁结构扭转平衡的问题,有效地降低了地震力。
在桥梁设计中的上部结构时,采用隔震减少甚至消除地震后桥梁的上下部结构出现的超出建设弹性范围的现象, 防止超出弹性范围后局部部位发生变形。
在桥梁设计中进行隔震系统的设计,可以取得比普通抗震设计更好的抗震效能,这样就在不增加工程造价的情况下,还提高了工程的质量。
在桥梁的隔震设计中采用的隔震支座若在正常使用条件下,由于温度的变化或者其它的形变而发生变化,它们的形变相对也较小,这样就能为城市建设中高架桥梁设计中多跨连续梁桥的采用,即减小伸缩缝的使用提供了方便。
与那些未采用隔震设计的桥梁相比较,采用了隔震设计的桥梁可以在经历了较大的地震后,较容易地更换隔震设计和装置,且维修的时间相对较短,维修的费用也相对较低。
2 桥梁隔震设计理论概述
2.1 隔震技术的原理
隔震是抗震方式发展的一种新形式和新趋势,它的作用是通过减小而并非抵抗地震的作用来起到桥梁的保护结构不受损、桥梁的抗震能力增强的效果。在通常的桥梁设计和施工中,提高桥梁抗震效果的方法通常是通过提高桥梁结构的整体强度和变形能力。与之相对比,桥梁的隔震设计主要特点在于引入了柔性装置的设计,这样做就使桥梁的重要结构构件可以与水平地面运动在一定程度上的关联性减少,使重要构件在地震后不会发生破坏性的损伤,使结构的反应加速度比地面的加速度小,另外,由于采用了阻尼设计,这样阻尼就有效地将地震带来的能量得到消耗,当能量传递到桥梁上部以及隔震结构时作用力已大大减小。
2.2 隔震技术的特点
隔震技术在桥梁抗震设计中的的应用,主要目的就是为了利用这些隔震装置达到延长结构周期、消耗地震能量和降低地震后结构毁坏和变化的效果。在桥梁进行隔震设计时,最关键的因素就是要求要有合理的设计,使相关的抗震系统构件能够具有较强的弹性和可塑性。
隔震技术在桥梁设计中的采用,一方面可起到减少工程造价同时提高工程效能的效果,它往往要比常规的抗震设计的抗震性能高,可以有效地保护桥梁墩柱,达到降低桥梁墩柱延性需求的作用和目的;另一方面上部结构中隔震措施的采用可以有效地减小或者消除地震后桥梁的下部结构超出弹性范围的反映和现象,对于那些在地震后难以检查或者修复的地方,隔震设计可以避免在这些部位发生严重的非弹性变形。
2.3 桥梁隔震设计的基本原则
桥梁隔震设计是加强桥梁抗震性能的重要要求,但在进行隔震设计时应当遵守以下几个基本原则,只有认真遵守这些原则,才能有效地、切实地提高桥梁抗震效能,这些原则分别是:
应对桥梁是否适宜采用隔震设计进行科学的考察,考察应当以其周期增长后系统能否有效地提高地震时能量的吸收,且以这个为判断的判据。对于不适合进行抗震结构的桥梁地段,不能盲目地进行施工。 转贴于
隔震装置在桥梁设计中若被采用,则它的上部结构在地震后会产生相对的位移,这将对桥梁的后期使用和功能产生影响,因此在地震后,应当加强对隔震装置的修补和完善。
若在桥梁设计时采用了相关的隔震措施,那么应当保证桥梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震设计所起到的抗震性能的大小。
应当对采用隔震措施桥梁附近的地质环境以及桥梁地基进行科学地研究和勘测,隔震桥梁附近应当具有较为坚实的地质条件。
在采用隔震装置时,应当尽可能地选择和采用那些结构简单且同时符合所需隔震性能的装置,且应当保证在其力学性能的范围内科学地采用。
3 桥梁的隔震设计
3.1 隔震装置的设计
隔震装置的设计和结构其它构件的设计是隔震桥梁抗震设计的两个主要方面。隔震装置的设计是隔震设计的中心,当前,在桥梁的隔震设计中较为普遍采用的方法是弹性反应谱法,这种方法被大部分国家采用,但有不同的规范,主要有美国的、日本的和欧洲的规范,它们之间区别不大,主要在于计算公式的不同,这些计算公式是指隔震装置等效刚度的计算和和等效阻尼的计算,与之相对比,那些复杂性强或较为不规则的桥梁,较为常用的方法是时程方法。
弹性反应谱方法之所以得到普遍采用,一方面是因为施工时计算的相对简单,另一方面是因为它和现有的规范计算方法很接近,这样便易于接受,最后应当引起注意的是众所周知隔震装置的等效刚度和等效阻尼的计算是与隔震装置在地震中的最大变形程度有关的,继而隔震装置的变形又与整个桥梁的地震响应程度有关系,所以客观上要求我们对于采用弹性反应谱方法进行的隔震设计应当是一个不断完善和变化的过程。由于在具体的计算中,对于目标的实现和达到没有直接的公式可采用,因此这就要求设计人员对桥梁结构地震响应的程度有较好的掌握和预估,地震发生后,较为熟练的工程师可以依据其长期工作的经验初步地制定设计方案,方案完成后,再用一系列的时程来分析和验证其设计是否合理。
3.2 细部构造的设计
桥梁的附属结构在桥梁的隔震设计中同样发挥着巨大的作用,这些附属结构和构件主要包括限位装置、伸缩缝、防落梁装置等,通过对诸多震害调查的分析和动力时程分析我们发现这些细部构造是影响桥梁结构动力响应和隔震效果的重要方面。但当前普遍存在的问题是大多数的设计人员会忽略细部构造的设计、将其置于次要地位,另外一方面这也是由于在地震响应的计算时附属结构的计算方法较为复杂造成的。在细部构件的设计时应当具有良好的连续性。
4 结束语
桥梁设计中的隔震设计是提高桥梁工程质量的重要方面,虽然目前我国的隔震技术还处于初级阶段,但我们应当科学地吸收和借鉴国外的一些技术经验,完善我国国内桥梁设计中的隔震设计,提高桥梁的抗震性能。
参考文献
[1]朱东生.桥梁抗展设计中几个问题的研究(博士学位论文)西南交通大学,1999年.
抗震技术论文范文6
【关键词】高层钢结构 工业厂房 厂房设计 钢结构设计 高层结构设计 框架
中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:
一.引言。
高层钢结构,一般是指层数为6层以上或者是高度为30米以上的,主要采用型钢、钢板连接或者是采用焊接成为构件,在经过焊接连接而成的结构体系。高层钢结构通常分为钢框架结构和钢框架—混凝土核心筒结构形式。钢结构框架是采用钢材制作为主的建筑结构,也是最主要的建筑结构类型之一,由于钢结构刚度大、强度高、自重轻等优点,被广泛应用于超重型、超高、大跨度的建筑物结构设计中。钢框架-混凝土核心筒结构一般用于现代高层或是超高层钢结构建筑中,其实质是钢—混凝土混合结构,应用较为广泛。
二.工业厂房高层钢结构方案选择。
1.工程概况。
国内某铜冶炼厂需要从国外引进3台奥斯麦特炉,其中有沉降炉、熔炼炉、吹炼炉各有一台,需要将设备集中放置于熔炼炉的主厂房内。熔炼炉主厂房车间平面为矩形厂房,长度为36米,宽度为25米,主跨度为21米,副跨度为4米,其檐口标高为47.2米,总建筑面积为5000平方米。主跨内设置有50T和10T重量级的桥式起重机各一台,其轨顶标高为41.77米,在屋面梁下悬挂有供炉子提升氧枪所用的2台10T电动葫芦,该厂房楼面的大部分活载为30kN/㎡。
工程工艺较为新颖,要求较为严格,施工流程较为复杂,同时室内具有高温热源,受到二氧化硫等气体的腐蚀影响,楼层间的高低差距较大,工程位于7度地震区,厂房业主要求工期较为紧迫。
2.方案选择。
由于该工程的特殊性,同时考虑工艺流程配置的特殊要求,综合考虑其他因素,确定采用钢框架结构较为适宜。考虑到厂房形式为自下而上的敞开大空间,没有完整的楼层,其结构空间刚度较弱,在厂房四周设置垂直的支撑,设计时室内柱间无障碍物,便于设备管线的布置。采用钢框架结构的结构体系,具有较为稳定的抗侧刚度,其稳定性取决于柱和梁的连接接点刚度及其延性。
3.结构类型选择参考。
钢结构工业厂房设计中,通常采用的建筑结构形式有三种:
(1)第一种为框架和支撑体系,设计时将横向设计为刚接框架,钢架梁和柱子也为刚接;纵向设计成为柱-支撑体系,框架梁和柱子为铰接,各柱间的支撑抵抗水平的荷载。此种结构比较适合横向较短,纵向较长的工业厂房,结构较为经济,比较节省钢材,其缺点为各柱间的支撑可能会影响到上部钢结构的使用。
(2)纯框架结构体系。此种结构为将纵向和横向两个方向上都设计为刚接框架,不在各柱间设置支撑。纯框架结构体系的使用空间不容易受到影响,在设计时不适合采用工字型截面柱,一般适宜采用口形或圆形等两个方向上惯性矩差别不大的截面形式,采用此结构需要较多的钢材用量,施工制作相对较为困难。
(3)钢架+支撑混合体系。钢架和支撑混合体系综合了框架和支撑体系、纯框架结构体系两种结构体系的优点,结构设计时将纵向设计为钢架和支撑混合的结构形式,在厂房的外侧设置柱间支撑,依靠二者的共同作用来抵抗水平力。钢架和支撑混合体系将少了柱子的纵向弯矩,柱间的支撑抵抗水平力效果较好,设计可以采用工字型的截面柱,此种结构需要较大的楼层刚度,适合采用钢筋混凝土楼面来保证整体的空间刚度,其截面宽度较大。
结合工程要求和钢结构各结构体系的优缺点,本方案选择钢架和支撑混合体系。
三.高层钢结构工业厂房设计。
1.高层钢结构工业厂房刚度保证。
工业厂房中的钢结构体系具有较好的延性,非常利于建筑的抗震设计。钢结构体系要满足建筑结构使用要求,就必须保证结构中的钢材具有足够的刚度。因此,在高层钢结构工业厂房的设计中,要从结构计算和结构构造两个方面来保证建筑厂房的刚度要求。
(1)结构计算。
本工程内厂房没有较为完整的楼层,其建筑空间工作性能较差,在进行厂房设计时,要根据平面框架体系来进行计算,其结构的侧向变形要严格控制。
在厂房外部风荷载作用下,其顶点的侧移要低于建筑物高度的1/500,各层间的位移要低于建筑楼层的1/400;考虑吊车的水平横向上的刹车力作用,要将厂房柱在吊车梁的顶面处横向变为控制在小于Ht/2000。考虑厂房位于7度地震区内,在地震的水平力作用影响下,建筑结构在弹性阶段的层间位移不能高于结构层高的1/250。根据设备提供方的所标明的设备安装工艺要求,在标高21.2米处,受到风荷载作用影响时,最大的水平位移要控制在35mm以内。
(2)结构构造。
高层钢结构厂房设计的结构构造是要通过加强构造措施,来保证结构关键和薄弱部位,来提升结构设计。结合本工程的实际情况,要从多方面来考虑。
结构设计中,在不影响生产操作的大前提条件下,在厂房的四周上要设置水平和垂直的支撑,来加强支撑体系。在本方案中,厂房高度为47米,楼层层数为9层,各层高平均为5.2米,层高是普通民用建筑的2倍之多,楼层中最矮的层高为3米,楼层最高的层高为7米。在整个楼层建筑中,基本上没有一个是较为完整的楼层,部分楼层还是钢格板,其建筑空间的工作性能较差。为了保证结构安装时的稳定性和加强厂房的刚度,在厂房的部分要增设柱间支撑,在每隔一层楼板的位置,沿着厂房的外侧来设置宽度大于3米的水平支撑。
厂房设计时,要考虑框架梁的侧向支撑。考虑抗震设计要求,在框架的各节点中,距离柱轴线的1/10梁跨处,为防止框架梁在弹塑性的状态下的侧向屈曲,有可能出现塑性铰的位置上要设置侧向的支撑构件。结合本方案情况,在设计时需要考虑一下两种情况:第一,当梁上翼缘和楼板相连在一起时,可只设置下翼缘受压区的侧向支撑;第二,独立框架梁在上下翼缘都设置有支撑时,其基本方式是要在互相垂直的两根梁的中间部位设置偶撑。
结构设计中,要在框架的纵横两个方向上都要采用刚性节点的方式,各柱脚位置要采用外包式的刚性柱柱脚。
2.钢结构厂房在设计时需要考虑的因素。
钢结构的发展是随着我国建材市场的发展而得到广泛应用,现代的工程通常都采用了钢结构的厂房,其由于抗震性能好、自重较轻、施工速度较快等诸多优点,被广泛应用到建筑工程中。本工程案例就是钢结构应用的典型。作为建筑结构类型之一的钢结构,在进行高层厂房设计时,需要考虑多方面因素。
(1)钢结构工业厂房的图纸设计的重要性。
工业建筑工程的图纸是工程施工的重要依据,在高层钢结构工业厂房的设计期间,要组织专业的技术人员对设计图纸进行严格审核,要检查施工图纸中是否存在“漏、错、缺”等问题,要力争将问题在施工之前进行解决,要尽量减少因施工图纸对工程施工进度和施工质量产生影响。高层钢结构工业厂房在工程设计中要针对制作阶段和工程安装阶段分别编制对应的施工组织设计,在结构中的制作工艺要包括制作阶段工序、分项的技术要求和质量标准,要为提高建筑结构的产品质量制定各类具体措施。
(2)高层钢结构工业厂房的支撑系统设计原则。
高层钢结构工业厂房具有特殊的结构形式,为了保证厂房空间工作性能,要提高建筑结构的整体刚度,要能承受和传递纵向方面的水平力,最大程度的防治杆件产生过大变形,要避免压杆出现失稳,以此来保证结构的整体稳定。设计中要根据厂房的结构形式,设置车间吊车、振动设备、厂房跨度以及厂房的高度、温度区段的长度等等基本情况来设置稳定可靠的支撑系统。在厂房结构中,对每一温度区段要设置较为稳定的柱间支撑系统,要同屋盖的横向水平支撑保持相互协调的布置。作为决定厂房在纵向结构变形方向上的重要因素,要控制下柱的支撑位置,并减少下柱支撑位置对温度应力的影响,要考虑吊车梁等纵向构件会由于温度的变化而在自由区段向两端伸缩。在温度区段的长度较小时,通常情况下要在温度区段的中间位置设置一道下端柱支撑,当温度区段的程度超过150米时,要在温度区段内设置两道下段柱支撑,以此来保证和提升厂房的纵向刚度,下段柱的布置位置要尽可能布置在温度区段中间的1/3位置范围内,同时,为了考虑避免出现过大的温度应力,在两道支撑的中心距离要控制在72米以内。
(3)高层钢结构工业厂房抗震设计要点。
在进行高层钢结构工业厂房设计时,要考虑厂房的抗震性能。在厂房的总体布置要求上,要将厂房结构刚度和质量进行均匀分布,保证厂房的均匀受力,通过协调变形,来尽量避免厂房因结构的刚度不均匀造成厂房抗震影响。钢结构厂房的横向结构采用钢架或屋架和柱的框架连接,要保证钢结构的受力性能,避免减少横向结构的变形。通常情况下,钢结构的厂房破坏主要是由于杆件的强度不足高层杆件失稳而造成的,所以要通过合理布置支撑系统,来提升厂房结构的整体稳定性能。同时,要考虑在地震的作用下,存在低周疲劳作用影响,在设计时 要考虑其对高层钢结构工业厂房的影响。钢结构的连接点设计时,要保证节点的破坏不能先于结构构件的截面屈服,要在结构构件能够进入塑性工作时,能够充分吸收地震的能量,能充分发挥结构的抗震能力。
(4)高层钢结构工业厂房的耐热能力设计。
钢结构的工业厂房本身具有较差的防火能力,在钢材受热温度超过100℃以上时,随着温度升高,钢材的抗拉强度逐渐降低,同时其塑性增大;在受热温度超过250℃时,钢材的抗拉强度增大,但是塑性却降低,容易出现蓝脆现象;在钢结构的表面温度基本上出于150℃时,要必须做好隔热和防火设计,一般都通过涂刷耐热涂料来处理,同时也可以在钢结构构件外包耐火砖、硬质防火板材、混凝土等来进行隔离处理。
(5)高层钢结构工业厂房的防锈蚀设计。
由于工业钢结构厂房外部无其他保护措施,都是直接暴露在空气中,因而容易受到空气中的侵蚀介质和在刚结构构件受到外部潮湿环境,产生结构锈蚀或构件损坏等问题。钢结构的锈蚀造成构件截面厚度变薄,同时会在构件饿表层形成局部的锈坑,当修饰时间较长时,锈坑的长期锈蚀,会形成空洞,在结构构件受力较为集中时,会造成结构的过早破坏。因此,在进行高层钢结构工业厂房设计时,钢结构构件的防锈蚀要引起足够的重视。在进行设计时,要考虑厂房的侵蚀介质情况和环境条件,设计中要在厂房布置、结构内部、工艺布置、结构选型、材料选择上来设置相对应的对策和相关措施,以此来保证钢结构厂房的安全。通常情况下,钢结构的防锈蚀一般多采用涂刷防锈漆到构件表面,来提升构件防锈蚀的能力,涂刷的层数和涂刷厚度根据涂层性质和构件使用环境来进行确定。室内钢结构在自然大气介质作用下,钢构件的涂层厚度约为100μm左右,通常涂刷形式为底漆两遍、面漆两遍的形式。对露天的钢结构长期暴露在工业大气的侵蚀下,要求的涂刷总厚度为150μm至200μm以上。在钢柱的柱脚部位,地面以下部分涂刷强度和等级要超过C20混凝土的包裹,涂刷的保护层厚度要超过50mm。高层钢结构工业厂房中,有侵蚀介质的厂房中的受力构件,设计时的型钢厚度不得少于8mm,其受力焊接的厚度不能低于8mm。
(6)刚性节点设计控制因素。
高层钢结构工业厂房在进行刚性节点设计时,其节点的构造要尽量保持和设计的假定相符,在受力后的节点产生转动时,要同节点连接各杆件的夹角要保持不变,虽然这是一种较为理想的假定,但由于节点部位并不是绝对的刚度,会存在一定的剪切变形,为了能够减少刚性节点的剪切变形作用,在进行厂房设计时,要采取构造措施,来增加劲板来加强节点区的刚度。各节点的杆件之间要能保证具有相互传递剪力和弯矩的能力,要尽可能采用直接传力的方式来进行传递。同时,要尽可能设计较为简单的构造,达到节省材料的目的。虽然,节省材料、构造简单和传力安全可靠有所矛盾,但是要根据负荷大小和节点的重要性,来综合考虑。根据节点的具体情况来选择合理的节点形式。为了提高节点的运输能力和安全能力,要在安装时便于固定和调整,在进行设计时,要在节点部分杆件主材连接外,要适当增加连接件,同时要注意,连接件越多时,在制作过程中需要切割下料和拼接焊接时的工作量会有所增加,这点在进行设计时要引起注意。
四.结束语
高层钢结构工业厂房是常见的厂房结构形式,其具有空间工作性能好,其具有的高空间能力、较高抗震水平,被广泛应用于现代工业建设中。在进行设计时,要综合考虑多方面因素,来提升钢结构的整体性能,保障建筑结构安全。
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