焊接抗彎框架鋼結(jié)構(gòu)一向被認為具有構(gòu)造簡單、施工方便、形式多樣及良好的塑性變形能力和抗震性能等優(yōu)點。然而經(jīng)過地震后,表面上看來并無因節(jié)點破壞而導致鋼結(jié)構(gòu)的直接破壞或倒塌,甚至一些處于中等強度地震區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)看上去絲毫無損。經(jīng)研究表明,大范圍的節(jié)點脆性破壞確實已經(jīng)發(fā)生,破壞程度由細小的微裂紋到*的柱截面斷裂不等。甚至*喪失了承載力。鑄鋼節(jié)點一些建筑的破壞情況嚴重到在一層或幾層的所有抗彎節(jié)點全部斷裂,并出現(xiàn)了顯著的性側(cè)向位移。這些觀察結(jié)果改變了結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域?qū)@種常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的設計和施工方法的認識,人們對現(xiàn)行鋼抗彎框架的焊接節(jié)點的設計和施工方法提出了疑問,開始懷疑這些節(jié)點在地震作用下是否具有足夠的安全度。
鋼結(jié)構(gòu)連接主要有內(nèi)隔板式、外隔板式和內(nèi)隔板式3種,普遍適用第3種連接。在大量的地震中,內(nèi)外隔板式梁柱節(jié)點的脆性破壞都是從焊縫端部的焊趾開始。同時,試驗表明梁體的翼緣在靠近節(jié)點焊縫處的應力分布極其不均勻。根據(jù)試驗繪制的翼緣應力分布圖,鑄鋼節(jié)點靠近焊縫處梁體中軸線處的應力小,邊緣的應力大;距離節(jié)點焊縫距離越遠應力分布圖也可以看出梁的翼緣上的應力分布,即邊緣應力大,中間應力小。梁翼緣處出現(xiàn)這種應力分布情況,主要是由于梁腹板對翼緣的嵌固作用導致梁邊緣部位的應變小于中軸線的。
在地震作用下,由于這種應力分布的不均勻性,梁將首先從邊緣進入塑性狀態(tài)。同時由于鋼材的應變硬化效應,在中軸線處梁翼緣達到屈服應力并剛剛形成塑性鉸或還沒有形成塑性鉸之前,邊緣處的應力可能已經(jīng)達到了鋼材的極限強度或焊縫的破壞應力。產(chǎn)生裂紋。另外在梁腹板與柱連接處沒有豎向加勁肋,由于柱翼緣平面外的彎曲變形使得梁腹板承受的彎矩減小,引起梁翼緣應力增加。因此在塑性變形很小的情況下,節(jié)點就發(fā)生了破壞。
應對措施1、加強節(jié)點連接強度
(1)、對于焊接節(jié)點,施工時應按照國家規(guī)范的規(guī)定,對焊接材料、焊接方法、焊后熱處理進行評定;焊接時保證焊縫質(zhì)量,消除氣孔、熔渣和未熔合缺陷,一旦有缺陷要及時清除后再焊,避免引起接頭強度和延性的下降;且根據(jù)受力情況要對焊縫進行必要的強度驗算。
(2)、在地震時因為支座錨栓小而被拉斷,螺栓抗剪強度不足被剪斷、桿端拉斷等造成節(jié)點破壞也是震害的主要現(xiàn)象。螺栓連接的施工質(zhì)量直接影響著整個結(jié)構(gòu)的安全。對于螺栓連接副,一定要按照國家規(guī)范在施工前進行檢驗和復驗,合格后才能進行安裝施工
2、采用新型節(jié)點
(1)、采用狗骨式節(jié)點。狗骨式節(jié)點是近年來研究的一種節(jié)點形式,目前已在工程中得到廣泛應用。其設計理念是以不顯著降低框架的梁強度為前提,對梁翼緣進行適應削弱,在強震的作用下迫使塑性鉸在偏離節(jié)點根部的位置形成,鑄鋼節(jié)點從而起到保護節(jié)點的目的。但是由于這種節(jié)點在施工中對梁翼緣施焊時要用到焊接墊板,加之翼緣焊根處常出現(xiàn)未焊透的現(xiàn)象,因而在墊板與柱之間會出現(xiàn)”人工裂紋”。這條裂紋往往是強震作用下節(jié)點開裂的起點。所以在施工時要充分注意焊接質(zhì)量。
(2)、采用托座式節(jié)點。托座式節(jié)點是一種改進方案,用兩個托座分別將梁的上下翼緣和柱翼緣連接起來,而托座與梁翼緣則可通過焊接、鉚接或螺栓連接起來。這種節(jié)點的塑性鉸出現(xiàn)在梁上,比普通的焊接節(jié)點表現(xiàn)出更好的延性,但工程造價相對較高。幕墻鋼結(jié)構(gòu)鑄鋼件
(3)、采用鑄鋼節(jié)點。鑄鋼節(jié)點是根據(jù)鋼管直接匯交而成的形狀制模經(jīng)澆鑄成形的節(jié)點,整體性和強度均得到增強。鑄鋼節(jié)點鑄鋼節(jié)點與相連鋼管需要現(xiàn)場組對、焊接,每個鑄鋼節(jié)點的安裝精度都直接影響到與之相連的鋼管的安裝和另一頭相連的鑄鋼節(jié)點,因此安裝過程中的累計誤差控制至關(guān)重要。幕墻鋼結(jié)構(gòu)鑄鋼件
從以上的分析可以看到,建筑鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點脆性破壞是可以避免的。而為了防止地震中出現(xiàn)的梁柱節(jié)點脆性破壞現(xiàn)象,研究人員對節(jié)點的設計也作了較大的改進,其目的就是使節(jié)點具有更好的延性和強度。在今后的設計和施工中,還應加強節(jié)點的構(gòu)造措施,同時保證施工質(zhì)量,確保建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗震 安全性能。幕墻鋼結(jié)構(gòu)鑄鋼件