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钢结构管道通廊的抗震性能分析

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：金凤哲许文千

[导读] 摘要：管道通廊在目前的工程建设中有普遍的利用，比如在建筑工程、市政工程建设中，管道通廊均有应用。

        身份证号码 21132119940226xxxx 广东韶钢工程技术有限公司 512123
        摘要：管道通廊在目前的工程建设中有普遍的利用，比如在建筑工程、市政工程建设中，管道通廊均有应用。从现阶段掌握的资料来看，管道通廊的应用效果对工程本身的价值发挥有显著的影响，同时也会对工程的应用安全等产生作用，因此在管道通廊利用的过程中需要对其做设计和分析。总结目前的工程实践发现钢结构管道通廊利用比较的普遍，主要是因为钢结构本身的力学性能比较的突出，安全性和稳定性等更加的显著。就现阶段的钢结构管道通廊具体利用来看，抗震性是其设计应用需要重点关注的内容，所以文章就钢结构管道通廊的抗震性能进行分析，旨在指导实践工作。
        关键词：钢结构；管道通廊；抗震性能
        在目前的工程建设实践中，钢结构管廊通道的建设十分的普遍，对此种结构管廊的抗震性能进行分析可以更加明确的认知管廊通道在抗震方面的优势和不足，这对于管廊抗震优化而言有积极的作用。简言之，全面的分析钢结构管廊通道的抗震性能是实现管廊抗震设计优化的重要措施。以某工程实例进行分析，具体形式见图1.1，杆件信息见表1.1。

        图1.1 通廊结构示意图
        Fig. 1.1 Schematic diagram of corridor structure
        表1.1 构件截面特征
        Tab. 1.1 Cross-sectional characteristics of members

        一、地震效应的具体分析
        对地震效应进行具体的分析，了解地震效应的影响因素，这对于具体的设计实践有突出的现实意义[1]。从目前的资料总结来看，地震效应的大小由建筑物对地震波的反应结果来决定，而且多种因素会对地震力产生影响：1）阻尼的影响。其影响主要体现在两个方面：第一是对于弹性体系，阻尼的影响相当大；第二是对于弹塑性体系，衡量阻尼影响的定量指标是它对R谱（地震力折减系数谱）的影响；2）周期的影响。周期的影响主要体现在两个方面：第一是随着周期增大，地震作用变小；第二是周期长时，场地土越软地震力越大。3）后期刚度的影响。就钢结构的后期刚度来看，其主要体现在以下几个方面：第一是材料的抗拉强度超出屈服强度的部分，这部分要在变形很大时发挥作用；第二是双重抗侧力结构的主要抗侧力结构屈服，次要结构还没有屈服；这种体系往往有比较明确的双线性的荷载-位移关系；第三是超静定体系，塑性铰逐步形成。这种体系连续的刚度下降，直至达到极限强度。第四是延性越大，后期刚度的影响越大；后期刚度大，地震力折减系数大。4）二阶效应的影响。弹塑性结构，二阶效应导致刚度退化以及动力失稳，产生延性极限。考虑二阶效应，地震力要增大。
        二、影响钢结构延性的因素
        从上文的具体分析来看，钢结构的延性越大，其对后期刚度的影响越大，而后期的刚度越大，地震力折减系数会增大，如此一来。地震对具体结构的影响会显著的减弱，所以在抗震设计中需要对钢结构的延性进行分析与扩大[2]。从目前掌握的资料来看，钢结构的延性受三方面因素的影响：1）钢构件的截面宽厚比：2）杆件的长细比，3）框架柱的轴压比，所以在钢结构通廊管廊的抗震性分析中，需要对这三方面的内容进行具体的分析与设计。
        三、钢结构管廊通道的抗震分析与设计优化
        从具体的分析来看，钢结构管道通廊的抗震性能对其的具体安全性以及现实利用有突出的影响，所以需要对影响钢结构抗震性能的具体因素等做分析并强调设计方面的优化。上文中提到了影响钢结构延性的具体因素，在实践中钢结构具体操作等方面的因素同样会造成抗震性能弱化等问题，因此需要重视此方面的分析。以下是对具体问题的分析。
        （一）钢结构拼装
        从现实分析来看，钢结构拼装会对其抗震性能产生影响，所以在实践中需要对拼装过程进行强调[3]。从现实分析来看，在拼装的时候要尽量避免在最大应力区尤其是塑性耗能区的拼接，应选择弯矩较小、在地震作用下弯矩波动变化较小的弹性区拼接。当拼接位置避开了塑性耗能区，则可按与较小被拼接截面承载力等强的原则设计，需要注意的是，承载力等强并不是真正物理意义上的等强，一般采用节点极限承载力大于构件屈服承载力乘以连接系数的原则验算，也可采用最大荷载内力组合值，考虑一定的安全系数进行连接的承载力弹性设计。当由于条件限制不能避开塑性耗能区时，则应考虑连接系数进行梁端梁-梁拼接极限受弯、受剪承载力验算。
        （二）构件承载力
        钢结构是由钢构件组装而成的，构建自身的承载力会影响到其抗震性，所以需要对构件承载力等进行分析，从目前掌握的资料来看，结构抗震性能的高低和构件承载力高低有关系，但并不是简单的构件承载力越高结构抗震性能越好的关系[4]。结构体系、塑性耗能区的构造要求以及构件承载力的高低都和抗震性能的高低有着直接关系。简单的说，抗震设计可有下列二种思路：1）采用普通结构体系，即刚强的结构抗侧力体系抵抗地震作用，此时构件承载力直接决定结构的承载力。2）采用制振结构体系，主要的设计思想是让结构按照设计者预想的破坏途径破坏，这样，设计者必须控制塑性耗能区的承载力，不能使其过高，如仅增加塑性耗能区的承载力，而其他构件的承载力未相应增加，结构的抗震性能反而可能降低。
        （三）钢结构在抗震中的性能分析
        在现阶段的抗震设计中，钢结构被普遍的应用。之所以钢结构会成为抗震设计中的主要结构形式，主要是基于两方面的原因：1）钢结构为薄壁构件，构件尺寸大并不意味着用钢量高，比如500mmx800mm的混凝土构件一定比500mmx500mm的材料用量高，但钢结构可以通过采用调整板厚的手段在不提高甚至减低用钢量的条件下提高构件抗弯承载力[5]。对于截面大小无限制的框架结构，通过增加腹板高度减小腹板厚度可在不增加用钢量的条件下提高构件的弹性承载力，从而降低构件延性要求，达到节约造价的目的。比如轻型门式刚架结构，即便是采用中震弹性的要求，其结构一般也是由风荷载控制，这样，在设计门式刚架时，腹板和翼缘间的焊缝甚至可采用单面角焊缝、间断焊缝等。2）另一方面，由于钢材有着良好的延性，特定的结构采用一定的设计处理手段可以使结构仅需较低的承载力即可满足。
        （四）钢结构抗震性能优化设计
        基于钢结构在抗震中的突出性能，需要对其的具体利用做设计[6]。从目前的分析来看，在钢结构管道通廊的建设中，利用性能化设计思路后，结构设计需要采用不同的设计方法，一类为高延性低承载力，另一类为低延性高承载力，对于采用高延性低承载力设计手法设计的结构，构件分为三类，第一类是塑性耗能区的构件，承载力要求不高但构造要求高，第二类是弹性区的普通构件，构造要求不高但承载力有一定要求，第三类为关键构件，构造要求不高但承载力要求高。这样对于同一结构的不同部位，可采用不同的构造要求。
        结束语：
        综上所述，在目前的管路通廊建设中，钢结构是利用最为普遍的一种结构形式，该种结构具有比较突出的抗震性能，对于通廊的安全维持有积极的作用。在实践中，为了更加专业的设计钢结构，使其在地震中的抗震性能发挥更为突出，需要对其的影响因素等做总结，这样，相关的设计专业性等会更加全面。文章做相关的分析，旨在为实践工作开展提供帮助与指导。
        参考文献：
        [1]曾凡峰,胡朝晖,李成智,等.钢结构开敞通廊廊身三维设计剖析[C]//工业建筑2018年全国学术年会，2018.
        [2]王常剑,刘晓宇.长距离钢结构输煤通廊优化设计[J].武汉大学学报(工学版),2018(S1).
        [3]曾爱清.高炉热风炉区域钢结构及管道防腐保温技术研究与应用[J].涟钢科技与管理,2018(1).
        [4]吉立洁.某钢结构通廊温度效应和抗震性能分析[D].2015.
        [5]陈少杰,任建喜,邓博团,等.输煤皮带通廊桥架抗震性能分析[J].西安科技大学学报,2016(01):98-103.
        [6]曹玮.钢结构通廊的设计与应用[D].2015.