關(guān)于抗震支吊架不同抗震斜撐的性能對比分析

湖北抗震支架廠家-武漢抗震支架廠家-襄陽抗震支架廠家-黃石抗震支架廠家-隨州抗震支架廠家-孝感抗震支架廠家本文針對抗震支吊架中常見的四種抗震斜撐的荷載性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)各自存在的薄弱點(diǎn)并給出具體建議。在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步對四種抗震斜撐組件的循環(huán)加載性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，從受力方式合理性、承載力和位移方面進(jìn)行分析，提出位移是保證抗震支吊架發(fā)揮其機(jī)電抗震功能的*重要因素，結(jié)論中給出在實(shí)際使用時(shí)優(yōu)先選型的建議。

 引言 

地震由于難以預(yù)測，使它成為當(dāng)今危害性*大的自然災(zāi)害之*，而中國是世界上地震災(zāi)害*嚴(yán)重的國家之*。建筑內(nèi)部安裝有大量風(fēng)、電、水管道等機(jī)電設(shè)施，一旦遭遇地震，極有可能出現(xiàn)建筑內(nèi)部管道損毀和坍塌，導(dǎo)致建筑功能受損和癱瘓，對內(nèi)部人員的安全撤離造成阻礙，同時(shí)造成漏水、漏電、漏氣的情況，衍生出嚴(yán)重的次生災(zāi)害。

抗震支吊架是針對地震橫、縱波特性和消防、給排水、風(fēng)管、電纜等建筑機(jī)電設(shè)施抗震需求而設(shè)計(jì)出的一種產(chǎn)品。抗震支吊架的應(yīng)用使建筑機(jī)電設(shè)施與建筑結(jié)構(gòu)得以加固連接，通過限制機(jī)電工程設(shè)施位移，控制設(shè)施振動，并將荷載傳遞*承載結(jié)構(gòu)上，可在很大程度上保證建筑物消防、應(yīng)急通訊、電力、燃?xì)夤?yīng)等重要機(jī)電設(shè)施的完整性及安全性，有助于減輕地震破壞，防止次生災(zāi)害，減少人員傷亡，降低經(jīng)濟(jì)損失。

抗震支吊架的核心部件之*是抗震斜撐，通常由抗震連接構(gòu)件、C型槽鋼和槽鋼鎖扣（需要時(shí)）組成。目前針對抗震斜撐的荷載性能的公開研究還比較少，東南大學(xué)羅干等對可調(diào)式較鏈的承載力性能進(jìn)行了研究，別亦白2等對斜撐連接構(gòu)件進(jìn)行了拉伸破壞試驗(yàn)研究，但二者皆僅針對一種抗震斜撐進(jìn)行了試驗(yàn)研究，沒有對多種斜撐之間進(jìn)行對比試驗(yàn)。

本文針對四種不同形式的抗震斜撐的荷載性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上對在相同結(jié)構(gòu)形式的情況下采用不同抗震斜撐的循環(huán)加載性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

 實(shí)驗(yàn) 

1.1常見抗震連接構(gòu)件形式

目前，在實(shí)際工程應(yīng)用中較為常見的抗震連接構(gòu)件形式主要有以下4種:抗震連接座A型、抗震連接座B型、直角式和較鏈?zhǔn)剑浼椴垆撴i扣和C型槽鋼，如圖1所示。

1.2常見抗震斜撐組裝方式

前述四種抗震連接構(gòu)件與C型槽鋼、槽鋼鎖扣（需要時(shí))組成不同抗震斜撐，組裝方式主要分為兩種，較鏈?zhǔn)胶椭苯鞘竭B接件通過槽鋼鎖扣的齒牙與C型槽鋼的齒牙進(jìn)行咬合連接，抗震連接座通過擰斷螺栓對槽鋼打孔咬合進(jìn)行連接。

1.3抗震斜撐荷載試驗(yàn)

1.3.1試驗(yàn)方案

將上述四種抗震連接構(gòu)件與相同的C型槽鋼進(jìn)行組裝連接，組成四種不同的抗震斜撐（后文簡稱斜撐），分別是連接座A型斜撐、連接座B型斜撐、較鏈?zhǔn)叫睋巍⒅苯鞘叫睋危ㄈ鐖D2所示）。C型槽鋼和槽鋼鎖扣的齒牙深度為1.0mm，齒牙間距為2.5m m，抗震連接座A、B型所用擰斷螺栓的擰斷扭矩為4ON·m，其他安裝扭矩為50N·m。

將上述四種斜撐安裝在萬*試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗拉極限荷載測試，安裝角度為45° ，極限載荷按照*小值、安全系數(shù)按照1.5計(jì)算，得出額定載荷。按照額定載荷值所對應(yīng)GB/T37267中循環(huán)加載試驗(yàn)的初始力值進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn)，*終按照循環(huán)加載試驗(yàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的力值及位移對以上四種斜撐進(jìn)行評判。

1.3.2抗震斜撐荷載試驗(yàn)

4種斜撐的荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1不同斜撐荷載試驗(yàn)值

(1）連接座A型斜撐

連接座A型斜撐抗拉極限載荷*小值為12.12kN，*大值為19.87kN，額定載荷為8.08kN。其中力值較小的2組樣品破壞特征為槽鋼與連接座產(chǎn)生滑移，槽鋼上有明顯劃痕，二者極限載荷曲線基本一致;力值*大的一組樣品破壞特征為槽鋼與連接座產(chǎn)生滑移且二者咬合連接處懵鋼被撕裂破壞。出現(xiàn)上述兩種情況的原因是擰斷螺栓的擰斷扭矩不均衡，試樣組裝過程中發(fā)現(xiàn)螺栓扭矩達(dá)不到40N·m就擰斷了。由此可見，連接座A型的荷載性能主要取決于擰斷螺栓的質(zhì)量。擰斷螺栓能達(dá)到設(shè)計(jì)扭矩時(shí)，螺栓可頂破槽鋼，從而實(shí)現(xiàn)連接座A型與槽鋼的良好咬合，該類型斜撐的荷載性能可達(dá)到20kN。當(dāng)擰斷螺栓質(zhì)量較差時(shí)，螺栓無法安裝*設(shè)計(jì)扭矩，螺栓無法頂破槽鋼，所以連接座A型與槽鋼的咬合效果不佳，受到拉力荷載作用時(shí)容易出現(xiàn)滑移，荷載性能大打折扣。

圖3連接座A型斜撐試驗(yàn)照片及極限荷載曲線

(2）連接座B型斜撐

連接座B型斜撐抗拉極限載荷*小值為12.66kN，*大值為16.53kN，額定載荷為8.44kN。三組試樣的破壞特征均為槽鋼與連接座產(chǎn)生滑移，槽鋼上有明顯劃痕，三者的破壞荷載曲線基本一致。出現(xiàn)這種情況的原因與前述抗震連接座A型的第二種情況一樣，即擰斷螺栓的實(shí)際安裝扭矩達(dá)不到設(shè)計(jì)值，連接座無法與槽鋼實(shí)現(xiàn)良好咬合。

圖4連接座B型斜撐試驗(yàn)照片及極限荷載曲線

(3）較鏈?zhǔn)叫睋?/span>

較鏈?zhǔn)叫睋蔚臉O限荷載*大值為17.63k1I，*小值為12.97kI，額定載荷為8.65kN。3組試驗(yàn)中，斜撐的破壞形式均為槽鋼鎖扣與槽鋼發(fā)生滑移，槽鋼齒牙破壞。此種斜撐的薄弱點(diǎn)主要在于槽鋼齒牙及槽鋼鎖扣齒牙的硬度，二者之中硬度較小的一方往往為破壞點(diǎn)。一般地，C型槽鋼的齒牙不易進(jìn)行硬化處理，所以硬度基本相近，而槽鋼鎖扣齒牙相對容易進(jìn)行表明硬化處理。因此，槽鋼鎖扣齒牙的硬度對較鏈?zhǔn)叫睋蔚暮奢d性能具有重要影響。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，較鏈?zhǔn)竭B接件的荷載值較小時(shí)與兩種連接座在擰斷螺栓與槽鋼咬合效果不佳時(shí)的荷載值基本相同;荷載值較大時(shí)比連接座與槽鋼咬合良好時(shí)的力值略小。

圖5餃鏈?zhǔn)叫睋卧囼?yàn)照片及極限荷載曲線

(4）直角式斜撐

直角式斜撐極限荷載*大值為14.95kN，*小值為13.01kN，額定載荷為8.67k。3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化范圍很小，破壞特征均為直角連接處撕裂破壞，而槽鋼鎖扣未發(fā)生滑移。由此可以看出，槽鋼鎖扣的滑移極限值大于15kN，槽鋼鎖扣與槽鋼齒牙實(shí)現(xiàn)良好咬合，直角連接處為此種斜撐的薄弱點(diǎn)，建議連接件的直角部分加厚處理。

圖6直角式斜撐試驗(yàn)照片及極限荷載曲線

1.4循環(huán)加載試驗(yàn)

按照GB/T37267中循環(huán)加載性能試驗(yàn)的規(guī)定，單套組件承受荷載能力大于2.25kN時(shí)，測試時(shí)施加的初始荷載為9kN。本試驗(yàn)中每套組件包含2根表1中不同形式的斜撐，1根加固吊桿和1個(gè)U型管夾，共安裝4套樣品。如表1所示，所有斜撐類型的額定載荷均大于2.25kN，因此上述所有類型的斜撐組件循環(huán)加載試驗(yàn)的初始力值均為9kN。

表2不同類型斜撐抗震支架組件循環(huán)加載試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)加載試驗(yàn)結(jié)果和循環(huán)加載曲線分別見表⒉和圖7。由表2可以看出，初始力值為9kN時(shí)，抗震支架組件中斜撐類型為連接座A型、B型和直角式均完成5次循環(huán)，而餃鏈?zhǔn)絼t僅達(dá)到51次循環(huán)即發(fā)生破壞。按照循環(huán)次數(shù)換算成力值，再除以斜撐總數(shù)8根，得到單根斜撐力值，連接座A型、B型斜撐和直角式斜撐的單根斜撐力值均為4.47kN，較鏈?zhǔn)叫睋螁胃睋瘟χ禐?.89kN ，說明支架組件中連接座式和直角式優(yōu)于較鏈?zhǔn)健奈灰粕峡矗B接座A型斜撐*優(yōu)，其次是連接座B型斜撐，直角式斜撐較大，較鏈?zhǔn)?大。出現(xiàn)以上情況的主要原因在于斜撐受力方式不同。

(a)55次循環(huán)加載力值曲線

(b)51次循環(huán)加載力值曲線

圖7循環(huán)加載力值曲線

由圖8可以看出，兩種連接座式斜撐的四個(gè)受力點(diǎn)均在一條直線上，力的傳遞路徑短、力值損失小、傳遞效率高，但連接座B型較A型多一段延伸板，存在受力變形的風(fēng)險(xiǎn);直角式斜撐的受力點(diǎn)基本在一條直線上但兩端略有偏離;較鏈?zhǔn)叫睋蔚氖芰c(diǎn)在3條直線上，力的傳遞路徑長、力值損失大、傳遞效率低，破壞易發(fā)生在力傳遞的轉(zhuǎn)向處，即較鏈處。因此，從受力方式和循環(huán)加載試驗(yàn)結(jié)果來看，連接座式斜撐*優(yōu)，其次是直角式斜撐，餃鏈?zhǔn)叫睋?差。

但在實(shí)際使用時(shí)除了考慮抗震支吊架的結(jié)構(gòu)性能，即在地震來臨時(shí)保證建筑機(jī)電管線不掉落，避免砸傷人，還應(yīng)當(dāng)考慮其功能性。所謂抗震支吊架的功能性，即在地震時(shí)保證給水排水、供暖、通風(fēng)、空調(diào)、燃?xì)狻崃Α㈦娏Α⑼ㄓ崱⑾赖缺姸嘟ㄖC(jī)電管線不發(fā)生大的位移，避免管線的破裂所引發(fā)的漏水、漏電、漏氣、通風(fēng)功能不良、通訊中斷、消防功能喪失等次生災(zāi)害對人民生命和財(cái)產(chǎn)造成更嚴(yán)重的損失。因此，應(yīng)當(dāng)將位移作為主要因素、承載力作為第二因素對抗震斜撐組件進(jìn)行考量。綜合表2中的位移和單斜撐力值來看，連接座A型斜撐*優(yōu)，連接座B型斜撐次之，直角式斜撐在同等力值情況下位移較大，建議使用在設(shè)計(jì)力值稍低的場景，較鏈?zhǔn)叫睋?差，應(yīng)當(dāng)使用在設(shè)計(jì)力值低、抗震設(shè)防烈度低的場景或不使用較鏈?zhǔn)健?/span>

(a)連接座A型斜撐受力路徑

(b)連接座B型斜撐受力路徑

(c)直角式斜撐受力路徑

(d)餃鏈?zhǔn)叫睋问芰β窂?/span>

圖8不同斜撐受力路徑圖

 結(jié)語 

從四種斜撐的極限承載力*小值來看，直角式和餃鏈?zhǔn)?大，兩種連接座式較小，且其中直角式承載力*穩(wěn)定。

通過極限承載力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同斜撐各自存在的薄弱部分:

(1）連接座式斜撐的擰斷螺栓達(dá)不到設(shè)計(jì)扭矩的情況較嚴(yán)重，生產(chǎn)商應(yīng)加強(qiáng)對擰斷螺栓品質(zhì)的提升和監(jiān)測，當(dāng)擰斷螺栓能達(dá)到設(shè)計(jì)扭矩時(shí)連接座式斜撐的極限承載力可大幅提升;

(2）直角式斜撐的直角連接部分易被撕裂破壞，建議直角連接部分加厚處理;

(3）絞鏈?zhǔn)叫睋螒?yīng)重點(diǎn)提升槽鋼鎖扣的齒牙硬度。

承載力極限僅僅表明抗震支吊架的結(jié)構(gòu)性能，即建筑機(jī)電管線不掉落這一基本要求，而要想讓抗震支吊架真正發(fā)揮機(jī)電抗震的作用，還必須同時(shí)保證將機(jī)電管線位移限制在一定范圍內(nèi)，才能避免各種管線的破裂、損壞，從而規(guī)避地震引發(fā)的次生災(zāi)害。因此，循環(huán)加載試驗(yàn)中位移是評價(jià)抗震支吊架功能性*重要的因素。從循環(huán)加載試驗(yàn)結(jié)果來看，綜合考慮斜撐受力方式、承載力和位移，連接座A型斜撐受力方式*優(yōu)、承載力較大、位移*小，連接座B型斜撐僅次于前者，這兩種適用于設(shè)計(jì)力值要求較大的場景；直角式斜撐受力方式比連接座式稍差，在同等承載力的情況下位移較大，建議使用在中等力值要求的場景；較鏈?zhǔn)叫睋问芰Ψ绞讲缓侠怼⒊休d力小、位移大，建議使用在較低力值要求的場景或者不使用餃鏈?zhǔn)健：眳f(xié)力得抗震支架致力于機(jī)電管線抗震支架生產(chǎn)安裝服務(wù)，可直接電話聯(lián)系我們！湖北抗震支架廠家-武漢抗震支架廠家-襄陽抗震支架廠家-湖北協(xié)力得工程科技有限公司