建筑結(jié)構(gòu)抗震加固方法應(yīng)用探析
2015-05-26
我國是一個多地震的國家，地震活動的分布范圍十分廣泛，地震造成的危害不可忽視。5.12汶川大地震和4.14青海玉樹地震造成了重大人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也給人民敲響警鐘。建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固問題成為目前較為關(guān)注的熱點。為了更好地保護(hù)人類的生命財產(chǎn)安全，促進(jìn)社會的和諧發(fā)展，無論在地震前還是地震后，對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固都顯得十分重要。
一、2010年版抗震規(guī)范修訂細(xì)要
汶川大地震后,建設(shè)部對原國標(biāo)抗震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行了重新修訂。以下將對相關(guān)細(xì)要進(jìn)行分析。
1.1 由原來的一般性條文修訂為新的強(qiáng)制性條文4.1.8條中增大系數(shù)由原來的“根據(jù)具體情況確定,但不大宜大于1.6”更改為“在1.1～1.6范圍內(nèi)采用”,范圍更加明確。
7.3.8條樓梯間應(yīng)符合下列要求:①頂層樓梯間橫墻和外墻應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2φ6通長鋼筋;7~9°時其他各層樓梯間墻體應(yīng)在休息平臺或樓層半高處設(shè)置60mm厚、縱向鋼筋不應(yīng)少于2φ10的鋼筋混凝土帶或配筋磚帶，配筋磚帶不少于3皮，每皮的配筋不少于2φ6，,其砂漿強(qiáng)度等級應(yīng)低于m7.5, 不低于同層墻體的砂漿強(qiáng)度等級。②樓梯間及門廳內(nèi)墻陽角處的大梁支承長度不應(yīng)小于500mm,并應(yīng)與圈梁連接。③裝配式樓梯段應(yīng)與平臺板的梁可靠連接，8、9度時不應(yīng)采用裝配式樓梯段；不應(yīng)采用墻中懸挑式踏步或踏步豎肋插入墻體的樓梯，不應(yīng)采用無筋磚砌欄板。④突出屋頂?shù)臉?、電梯間，構(gòu)造柱應(yīng)伸到頂部，并與頂部圈梁連接，所有墻體應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2φ6通長鋼筋和φ4分布短筋平面內(nèi)點焊組成的拉結(jié)網(wǎng)片或φ4點焊網(wǎng)片。
1.2 材料性能的修改3.9.2條中規(guī)定：①普通磚和多孔磚的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于mu10，其砌筑砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)低于m5；②混凝土小型空心砌塊的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于mu7.5，其砌筑砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)低于mb7.5。; 抗震等級為一、二、三級的框架和斜撐構(gòu)件(含梯段)，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時，鋼筋的抗拉強(qiáng)度實測值與屈服強(qiáng)度實測值的比值不應(yīng)小于1.25；鋼筋的屈服強(qiáng)度實測值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3，且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應(yīng)小于9％。
3.9.3條對普通鋼筋的性能更明確了“符合抗震性能指標(biāo)”的限制,而且箍筋放棄使用hpb235級鋼筋。
3.9.4條由原來的“滿足正常使用極限狀態(tài)和抗震構(gòu)造措施的要求”更改為“滿足最小配筋率等要求”,要求范同更加明確具體。
3.9.6該條由原來的一般性條文修訂為新的強(qiáng)制性條文。
7.3.6條由原來的一般性條文修訂為新的強(qiáng)制性條文。新的條文更加明確具體,新規(guī)范對獨(dú)立磚柱的應(yīng)用范圍給出了更加明確的限制,規(guī)定“只有6°時才可采用,7～9°不得采用”,并新增了對跨度不小于6m梁的支承構(gòu)件的加強(qiáng)措施。
二、抗震加固的方法
目前,常用的抗震加固方法主要有增設(shè)構(gòu)件加固法、增強(qiáng)構(gòu)件加固法和隔震減震加固法3大類,前兩類屬于傳統(tǒng)抗震加固方法,后一類屬于新發(fā)展的抗震加固方法
2.1增設(shè)構(gòu)件加固法
目前對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固最基本、最有效的方法之一,該法可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震能力、變形能力和整體性能。其具體的方法包括增設(shè)抗震墻加固法、外加圈梁-鋼筋混凝土柱加固、增設(shè)支撐加固法、增設(shè)剛架加固法等。此法利用新增的抗震墻來承擔(dān)主要的地震作用,以減小結(jié)構(gòu)的變形。采用抗震墻加固時,需處理好新增墻體與原有構(gòu)件的連接,既要保證連接的可靠性,又要避免對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成過多的損傷。
3.2增強(qiáng)構(gòu)件加固法
當(dāng)無法采用新增構(gòu)件加固時，可以分別對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固，以提高原有構(gòu)件的承載力、改善構(gòu)件的延性，從而達(dá)到抗震加固的目的。主要方法有：
1.外粘型鋼加固法:適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土梁、柱等構(gòu)件的加固。該法用灌漿或焊接等方法將型鋼外包于構(gòu)件四周或兩角，使之與原構(gòu)件共同承擔(dān)荷載，通過約束原構(gòu)件從而來提高其承載力和變形能力。該方法適用于大型結(jié)構(gòu)及大跨度結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是施工簡便，現(xiàn)場工作量較小，構(gòu)件截面尺寸變化不大，結(jié)構(gòu)自重增加較小，而承載能力提高顯著，構(gòu)件截面的剛度和延性也得以改善。
2.粘貼鋼板加固法:對鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構(gòu)件的加固。該法是用建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使兩者共同受力以提高結(jié)構(gòu)承載力的加固方法，相對于傳統(tǒng)加固方法，粘貼鋼板加固法更為簡單、快速，對結(jié)構(gòu)的外形和凈空以及生產(chǎn)生活的影響較小，缺點是構(gòu)件加固后提高承載力不能超過原結(jié)構(gòu)的40%，防火性能較差。
3.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固法 :采用以纖維或其制品作為增強(qiáng)材料的一種復(fù)合材料對構(gòu)件進(jìn)行抗震加固的方法。本方法適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構(gòu)件的加固。外貼纖維復(fù)合材加固法是采用frp片材對混凝土構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)加固的一種新技術(shù),具有很高的抗化學(xué)腐蝕能力和對被加固結(jié)構(gòu)的保護(hù)能力，提高了結(jié)構(gòu)耐久性；適用不規(guī)則構(gòu)件的加固；材料強(qiáng)度高，外貼加固用量少(材料厚度小)；荷載增加極少，幾乎不改變原有結(jié)構(gòu)的外形和尺寸；施工周期短，操作簡單；加固施工時噪音小，對結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境影響較小，缺點是抗剪性差，不適宜構(gòu)件的抗剪加固；構(gòu)件加固后提高承載力不能超過原結(jié)構(gòu)的40%。
4. 體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要的分支之一，是指將布置于承載結(jié)構(gòu)主體之外的預(yù)應(yīng)力筋施加預(yù)應(yīng)力所形成的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種主動的加固技術(shù)，通過預(yù)應(yīng)力材料對橋梁結(jié)構(gòu)受拉區(qū)施加預(yù)應(yīng)力，消除部分荷載產(chǎn)生的不利內(nèi)力，提供結(jié)構(gòu)的承載力。
5.增加鋼梁、鋼柱，形成組合結(jié)構(gòu)方法:適用于大幅度提高承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)，一般提高十幾倍甚至幾十倍。目前此加固方法廣泛應(yīng)用于密集柜、檔案柜、電池機(jī)房等加固，抗震性能較好。缺點是防火性差，加固后凈空變小，地面抬高，不利于裝修及空間布置。
6.增大構(gòu)件截面法: 針對梁、板、柱抗彎和抗剪及抗震性不足所采取的加固措施。此方法能大幅度提高原結(jié)構(gòu)承載力，耐腐蝕性和耐火性較好，能加強(qiáng)建筑物的整體性和剛度。不足之處為施工周期長，消耗大量的人力物力，原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了荷載，植筋及鉆孔對原結(jié)構(gòu)損壞較大，對抗震有不利影響，此方法適合于加固基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)。
3.3隔震、耗能減震加固法
1.將隔震技術(shù)應(yīng)用于抗震加固領(lǐng)域中的一種新方法,通過隔震層的設(shè)置將地震變形集中到隔震層上,從而達(dá)到減小原有結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。此法的優(yōu)點是加固效果好、抗震安全度高、無需對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等再進(jìn)行抗震加固。缺點是設(shè)置隔震層后,穿過隔震層的設(shè)備配線、配管等需要進(jìn)行妥善的柔性連接,費(fèi)時費(fèi)事。
2.耗能減震加固方法是通過在結(jié)構(gòu)某些部位增設(shè)耗能阻尼減震裝置,以減小地震反應(yīng),是抗震加固的一條新途徑，此方法主要依賴增加結(jié)構(gòu)的能量耗散能力。國內(nèi)外耗能減震結(jié)構(gòu)的振動臺試驗研究表明例,耗能減震結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比,地震反應(yīng)減小了40%~60%。而從國外工程資料表明,耗能減震結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系相比,可以節(jié)約結(jié)構(gòu)造價5%~10%。若用于已有結(jié)構(gòu)的加固改造,可節(jié)省造價會更加可觀,有的加固改造工程節(jié)省造價達(dá)60%。
四、結(jié)論
綜上所述,汶川和玉樹的兩次強(qiáng)震給傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。在工作中我們還要認(rèn)真總結(jié)震害經(jīng)驗,深入研究建筑結(jié)構(gòu)在地震作用時的破壞機(jī)理,完善設(shè)計理論。
