本站原创[摘 要]钢结构匀质、高强、施工速度快,在桥梁设计中大量应用,由于桥梁受到大量车辆冲击及地震威胁,做好抗震设计显得尤为重要.本文作者结合过去多年的钢结构设计工作经验分析,着重探讨了在如何做好钢结构的抗震设计工作.
[关 键 词 ]钢结构设计；桥梁；抗震
中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0196-02
随着我国国民经济的飞速发展,建筑钢结构迎来了蓬勃发展的大好时机,被广泛的应用在各种建筑物当中.我国城市多为地震区,需要进行抗震设计.就多年的工作实践总结得出,以钢结构为主的建筑结构本身存在着良好的抗震性、完整性,并且伴随着生产技术的发展和社会工业化程度的不断提升呈现出逐步完善的发展趋势.就近年发生的地震而言,以钢结构为主的建筑物很少受到损坏.
一、钢结构抗震概述
由于钢结构建筑结构在施工建设中本身存在着节能环保,抗震性能好、整体优势高、延伸性好的特点,特别是钢结构内部的延展性的存在,使得钢结构在地震条件下能够及时的发生应变作用,减少地震造成的振动力,有效的避免了地震对钢结构带来的破坏.
1.构成
所谓的钢结构主要指的是在工程建设中采用型钢、钢板以焊接、螺栓联接、机械连接、铆接等方式形成的一种建筑工程结构.这种建筑结构在构成中主要是以钢材作为主要的原材料,是目前建筑工程领域中一个最为常见的建筑结构类型之一.在工程建设中采用钢材作为承重结构是一个极为科学的方式,这主要是由于钢材本身存在着抗压能力强、整体性高、有良好延伸性的优势,因此其在施工建设中与传统的框架结构相比较存在着极大的优势.
2.钢结构抗震分析
在现阶段的钢结构体系中,通常都是由纯框架结构、框架-偏心支撑结构以及框架中心结构三个环节构成.其中,纯钢架结构是一种由钢材直接构成的框架结构体系,这种结构体系本身具备着延伸性能好、抗震性能较佳的特点,但是在工程设计和建设的过程中由于其本身不存在支撑结构体系,这就造成了结构抗侧拉能力较差.框架偏心支撑结构是目前最为常见的一种工程建设体系,这种结构在施工建设中主要的优势在于既包含纯框架结构本身的特点和优势,又在一定程度上提高了工程整体性和抗拉强度.框架-中心支撑体系结构则是一个抗侧拉强度大、整体性能好的结构体系,但是其在施工建设中由于框架支撑体系位于结构中心,这就容易造成室内设施和室内面积受到一定的影响,且存在着一定的滞回性.因此,这种结构在目前的应用中通常都是用于层数较多的结构之中,但是其中的滞回性影响却造成了其在地震发生后抗震性存在着一定的不足和缺陷,甚至容易引发整个建筑结构出现整体失稳现象.
二、钢结构设计中常见的破坏部位
目前,钢结构建筑已成为整个建筑工程领域中的标志模式,更是一个国家、民族和地区经济实力、文化程度、经济发达的衡量标准.自从新世纪以来,随着我国国民经济实力的显著增强,钢结构建筑越来越多的出现在人们的周围,这也是实现节能、环保建筑施工的首要条件.就这些钢结构工程建设实践总结得出,在目前的钢结构施工建设中,常见的钢结构破坏问题主要部位保养含有以下几个方面：
1.节点部位
节点部位作为整个工程领域中最为薄弱的环节,也是最容易出现各主要因素影响破坏的一部分.就多年的工程实践总结得出,造成节点部位出现破损的主要原因在于：
（1）在地震发生之后,受到地震条件的影响,使得节点部位出现一定的裂缝,且裂缝的产生造成了钢结构横梁受到压力变化而产生二次压力,这就造成了节点出现严重的破坏.
（2）在施工设计中,由于设计师和施工人员对于焊接缝处理不合理,从而引发了裂缝的出现,这就给节点部位隐患的产生提供了先决条件.
（3）节点施工连接不科学,在工程设计和施工建设的过程中,由于螺栓联接不符合预计标准和工作要求,造成了节点受到地震的影响而产生联接错位、联接断裂等现象,从而造成了节点部位出现极大的损毁问题.
2.构件破坏
在目前的钢结构建设实践中,常见的构件破坏主要有整体支承构件失稳、钢柱断裂以及结构倒坍3个方面.其中整体支承构件失稳主要是由于工程在设计中由于对于整体性控制不科学,造成了建筑结构受到地震水平荷载的影响而产生了局部或者整体失稳问题.钢柱断裂是由于钢柱设计不达标,受到地震应力的影响产生钢结构脆性断裂.钢柱断裂则是由于结构整体倒塌产生应力而造成的,这种问题的出现对于整个工程支撑体系的影响都是极为严重的.
三、钢结构抗震设计
1.钢结构梁柱刚性连接抗震设计
1999年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中出现了大量的钢结构梁柱刚性连接脆性断裂的破坏现象,造成了巨大的经济损失.在此以后国际上进行了大量的研究,提出了许多卓有成效的改进措施,可以有效地提高构件延性,避免节点连接发生脆性破坏.目前我国钢结构中最常用的梁柱刚性连接形式――栓焊混合连接,它具有构造简单、施工方便的优点.但这种形式的节点在美国北岭地震中出现严重的脆性断裂现象,为此美国学者研究发现,在梁腹板和抗剪板之间补焊可以有效地提高节点塑性转动能力,也可以采用梁――梁拼接型式以避免现场焊接带来的梁柱连接缺陷.
2.选择对建筑抗震有利的场地和地基
场地影响了钢结构的地震反应,钢结构地震反应大小决定了钢结构的震害.因此,在抗震设计时应选择坚硬的中硬土场地,实在无法避开不利的或危险的场地时,应采取补救措施.
3.选择合理的结构总体布置
建筑形状力求规则,形状较简单的建筑物由于受力性能明确,遭受地震时破坏很轻.在抗震设计时要求建筑形状规则,结构要求对称,来减小质量中心和刚度中心的偏离.
强度以及刚度应连续变化,抗震结构的刚度、承载力在楼层平面内应均匀,沿结构坚向应连续并且均匀.
结构抗震设计始终贯穿于钢结构设计中的各个阶段,它是钢结构建筑抗设计重要组成部分.只有在设计工作中合理的运用各种手段,才能够设计出科学、安全的建筑钢结构.