抗震設計在鋼結構橋梁中的應用

[關鍵詞]鋼結構設計；橋梁；抗震 

　　隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，建筑鋼結構迎來了蓬勃發(fā)展的大好時機，被廣泛的應用在各種建筑物當中。我國城市多為地震區(qū)，需要進行抗震設計。就多年的工作實踐總結得出，以鋼結構為主的建筑結構本身存在著良好的抗震性、完整性，并且伴隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展和社會工業(yè)化程度的不斷提升呈現(xiàn)出逐步完善的發(fā)展趨勢。就近年發(fā)生的地震而言，以鋼結構為主的建筑物很少受到損壞。 

　　一、鋼結構抗震概述 

　　由于鋼結構建筑結構在施工建設中本身存在著節(jié)能環(huán)保，抗震性能好、整體優(yōu)勢高、延伸性好的特點，特別是鋼結構內部的延展性的存在，使得鋼結構在地震條件下能夠及時的發(fā)生應變作用，減少地震造成的振動力，有效的避免了地震對鋼結構帶來的破壞。 

　　1、構成 

　　所謂的鋼結構主要指的是在工程建設中采用型鋼、鋼板以焊接、螺栓聯(lián)接、機械連接、鉚接等方式形成的一種建筑工程結構。這種建筑結構在構成中主要是以鋼材作為主要的原材料，是目前建筑工程領域中一個最為常見的建筑結構類型之一。在工程建設中采用鋼材作為承重結構是一個極為科學的方式，這主要是由于鋼材本身存在著抗壓能力強、整體性高、有良好延伸性的優(yōu)勢，因此其在施工建設中與傳統(tǒng)的框架結構相比較存在著極大的優(yōu)勢。 

　　2、鋼結構抗震分析 

　　在現(xiàn)階段的鋼結構體系中，通常都是由純框架結構、框架-偏心支撐結構以及框架中心結構三個環(huán)節(jié)構成。其中，純鋼架結構是一種由鋼材直接構成的框架結構體系，這種結構體系本身具備著延伸性能好、抗震性能較佳的特點，但是在工程設計和建設的過程中由于其本身不存在支撐結構體系，這就造成了結構抗側拉能力較差�？蚣芷�心支撐結構是目前最為常見的一種工程建設體系，這種結構在施工建設中主要的優(yōu)勢在于既包含純框架結構本身的特點和優(yōu)勢，又在一定程度上提高了工程整體性和抗拉強度�？蚣�-中心支撐體系結構則是一個抗側拉強度大、整體性能好的結構體系，但是其在施工建設中由于框架支撐體系位于結構中心，這就容易造成室內設施和室內面積受到一定的影響，且存在著一定的滯回性。因此，這種結構在目前的應用中通常都是用于層數(shù)較多的結構之中，但是其中的滯回性影響卻造成了其在地震發(fā)生后抗震性存在著一定的不足和缺陷，甚至容易引發(fā)整個建筑結構出現(xiàn)整體失穩(wěn)現(xiàn)象。 

　　二、鋼結構設計中常見的破壞部位 

　　目前，鋼結構建筑已成為整個建筑工程領域中的標志模式，更是一個國家、民族和地區(qū)經(jīng)濟實力、文化程度、經(jīng)濟發(fā)達的衡量標準。自從新世紀以來，隨著我國國民經(jīng)濟實力的顯著增強，鋼結構建筑越來越多的出現(xiàn)在人們的周圍，這也是實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保建筑施工的首要條件。就這些鋼結構工程建設實踐總結得出，在目前的鋼結構施工建設中，常見的鋼結構破壞問題主要部位保養(yǎng)含有以下幾個方面： 

　　1、節(jié)點部位 

　　節(jié)點部位作為整個工程領域中最為薄弱的環(huán)節(jié)，也是最容易出現(xiàn)各主要因素影響破壞的一部分。就多年的工程實踐總結得出，造成節(jié)點部位出現(xiàn)破損的主要原因在于： 

　�。�1）在地震發(fā)生之后，受到地震條件的影響，使得節(jié)點部位出現(xiàn)一定的裂縫，且裂縫的產(chǎn)生造成了鋼結構橫梁受到壓力變化而產(chǎn)生二次壓力，這就造成了節(jié)點出現(xiàn)嚴重的破壞。 

　�。�2）在施工設計中，由于設計師和施工人員對于焊接縫處理不合理，從而引發(fā)了裂縫的出現(xiàn)，這就給節(jié)點部位隱患的產(chǎn)生提供了先決條件。 

　�。�3）節(jié)點施工連接不科學，在工程設計和施工建設的過程中，由于螺栓聯(lián)接不符合預計標準和工作要求，造成了節(jié)點受到地震的影響而產(chǎn)生聯(lián)接錯位、聯(lián)接斷裂等現(xiàn)象，從而造成了節(jié)點部位出現(xiàn)極大的損毀問題。 

　　2、構件破壞 

　　在目前的鋼結構建設實踐中，常見的構件破壞主要有整體支承構件失穩(wěn)、鋼柱斷裂以及結構倒坍3個方面。其中整體支承構件失穩(wěn)主要是由于工程在設計中由于對于整體性控制不科學，造成了建筑結構受到地震水平荷載的影響而產(chǎn)生了局部或者整體失穩(wěn)問題。鋼柱斷裂是由于鋼柱設計不達標，受到地震應力的影響產(chǎn)生鋼結構脆性斷裂。鋼柱斷裂則是由于結構整體倒塌產(chǎn)生應力而造成的，這種問題的出現(xiàn)對于整個工程支撐體系的影響都是極為嚴重的。 

　　三、鋼結構抗震設計 

　　1、鋼結構梁柱剛性連接抗震設計 

　　1999年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震中出現(xiàn)了大量的鋼結構梁柱剛性連接脆性斷裂的破壞現(xiàn)象，造成了巨大的經(jīng)濟損失。在此以后國際上進行了大量的研究，提出了許多卓有成效的改進措施，可以有效地提高構件延性，避免節(jié)點連接發(fā)生脆性破壞。目前我國鋼結構中最常用的梁柱剛性連接形式――栓焊混合連接，它具有構造簡單、施工方便的優(yōu)點。但這種形式的節(jié)點在美國北嶺地震中出現(xiàn)嚴重的脆性斷裂現(xiàn)象，為此美國學者研究發(fā)現(xiàn)，在梁腹板和抗剪板之間補焊可以有效地提高節(jié)點塑性轉動能力，也可以采用梁――梁拼接型式以避免現(xiàn)場焊接帶來的梁柱連接缺陷。 

　　2、選擇對建筑抗震有利的場地和地基 

　　場地影響了鋼結構的地震反應，鋼結構地震反應大小決定了鋼結構的震害。因此，在抗震設計時應選擇堅硬的中硬土場地，實在無法避開不利的或危險的場地時，應采取補救措施。 

　　3、選擇合理的結構總體布置 

　　建筑形狀力求規(guī)則，形狀較簡單的建筑物由于受力性能明確，遭受地震時破壞很輕。在抗震設計時要求建筑形狀規(guī)則，結構要求對稱，來減小質量中心和剛度中心的偏離。 

　　強度以及剛度應連續(xù)變化，抗震結構的剛度、承載力在樓層平面內應均勻，沿結構堅向應連續(xù)并且均勻。 

　　結構抗震設計始終貫穿于鋼結構設計中的各個階段，它是鋼結構建筑抗設計重要組成部分。只有在設計工作中合理的運用各種手段，才能夠設計出科學、安全的建筑鋼結構。