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【摘 要】 近些年来我国地震灾害频繁发生,这就使得建筑结构的抗震性能成了人们所日益关注的问题,抗震结构加固技术的科学性与合理性,是提高建筑结构稳定的关键,建筑设计人员要不断提高自身的专业技能,根据建筑周围的环境以及地质条件,对现有建筑物进行抗震设计及对已有建筑物进行抗震加固,避免地震中建筑物破坏造成的巨大损失。本文阐述了抗震加固的基本原则,总结分析了国内抗震加固方法的特点和适用范围以及加固方法的研究进展,以及未来抗震加固的发展趋势。
【关键词】 钢筋混凝土;房屋结构;抗震;加固
引言:
在实践研究中,钢筋混凝土的抗震加固技术作为一种现代科技得到了突飞猛进的发展,取得了预料之外的成绩。近年来,随着行业技术材料的发展,之前的钢板被碳纤维,玻璃纤维等高强度的聚合物所替代,所以钢筋混凝土的受弯程度逐渐减弱,这是其需要加固的重点。
一、加固的基本原则
1、从实际出发
加固以前,必须对原有结构和构件进行可靠性鉴定,对原有结构的作用力和材料使用状态进行实际调查,对存在缺陷、损害和破坏状态进行全面了解和分析。加固设计时的计算简图、材料和设备的选择要符合实际可能的条件;加固方案必须与施工的实际可能紧密结合。
2、消除隐患
加固以前,还必须完全掌握造成质量问题的原因,并在对各种原因(特别是对于由地基不均匀沉降、腐蚀、高温、冷脆、冻融、振动等环境原因)所造成的损坏提出相应的处理对策。加固时充分考虑这类原因(特别是环境原因)可能再次造成的危害并加以预防,以免重蹈覆辙。
3、全面比较
加固方案的确定,是在全面综合地考虑原结构构件的损害情况、原建筑使用空间和其它功能要求、加固施工的技术条件(施工技术、设备机具、熟练技工)和非技术因素(资金、工期),以及对加固效果效益的估计等多种因素后,经过多个方案分析比较后选优的结果。不能简单地单纯凭印象和经验办事。
4、协同受力
加固方案的确定,还要采取有效措施尽可能地保证新增加的截面、构件和部件,与原有结构构件未受损伤的部分能够可靠地协同工作、整体受力,共同承担加固后该结构构件应承担的荷载和外加变形。如果技术上做不到新加部分和原有部分的协同受力,也要在构造和连接上做到加固部分能分担被加固部分的荷载,减轻被加固部分的负荷到允许的程度。
5、预防损坏
在加固过程中,若原结构构件或其相关的结构构件有新发现的严重缺陷损害时,应立即停止施工,并会同原设计单位采取有效措施加以处理;处理后方可继续施工。对于存在倾斜、倾覆、失稳、滑移甚至倒塌等不可靠因素的结构构件,在加固施工前应采取临时措施,防止发生加固期间可能出现的质量事故。
6、保留完好
在加固构件时,应尽量不损伤原有结构,并保留具有利用价值的部分,避免不必要的凿伤、拆除或更换。这样做,一方面考虑的是经济效益,另一方面考虑的是尽量减少薄弱部位。因为,加固所新增加的部分与原有部分的连接毕竟是一些薄弱的环节。
二、抗震加固设计研究现状
在九零年代,新技术的出现,新技术和新材料,使建筑抗震加固设计技术改进,在1996年,建筑抗震设计技术标准技术委员会的使用和发布的实现,“包括凝固和砖石建筑地震破坏修复标准”、“混凝土和砖石建筑地震破坏评估标准”和“凝固的建筑抗震鉴定和修复程序”,这部分的评估标准体系地震作用主要采用粘弹性静态分析。建筑结构抗震加固设计的研究始于20世纪初,在中国与碳纤维缠绕绑定组件技术为主,和相关的测试数据的分析表明,碳纤维包裹绑定组件技术可以极大地提高住宅建设的承载力,改善梁和柱的结构强度和刚度。
三、在抗震加固中采用的具体方法
1、构件加固
1.1增大截面加固法
增大截面加固法又称外包混凝土加固法,是通过在原混凝土构件外,叠浇新的钢筋混凝土,增大构件的截面面积和配筋,大幅度提高被加固构件的承载力、刚度、延性和降低柱子的长细比,来达到减轻地震作用的目的。此方法主要适用于钢筋混凝土受弯和受压构件加固,采用常规施工方法,易于控制和检测施工质量,耐久性好。
1.2外包型钢加固法
外包型钢法是在钢筋混凝土梁、柱四周包以型钢的一种加固方法。对于矩形构件大多在构件四角包角钢,横向用箍板连接;对于圆形构件,多用扁钢加套箍的办法加固。采用外包型钢加固时,应采用乳胶水泥、环氧树脂胶黏剂进行灌注,使新加型钢与原构件形成整体共同工作,外包型钢(角钢或槽钢)加固法适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱加固。
1.3置换混凝土加固法
置换混凝土加固法主要是针对钢筋混凝土结构,由于结构裂损或混凝土存在蜂窝、孔洞、夹渣、疏松等缺陷,或混凝土本身强度偏低,而采用挖补的办法用优质的混凝土将这部分劣质混凝土置换掉,达到恢复结构基本功能的目的。置换混凝土加固法适用于构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等承重构件,加固后不改变结构原貌,不改变使用空间,也不增加荷载,但是新旧混凝土的粘结能力较差。
1.4粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法是用胶黏剂把薄钢板粘贴在混凝土构件的表面,使薄钢板与原混凝土构件形成一个良好的整体,均匀受力,不产生应力集中,一起协同工作。它适用于承受静荷载的受弯构件、受拉构件和大偏心受压构件,能在较小增加刚度的条件下,大幅度的提高结构的承载力、抗裂性、延性,从而提高结构的抗震性能。
2、结构加固法
2.1结构裂缝密封技术
结合相关工程实践经验,裂纹密封结构加固技术的主要工作原理是:结构加固领域的必要性,较低的粘度、较高的灌浆材料的抗拉强度,通过压力灌浆,灌浆材料的准备直接进入混凝土构件裂缝、空洞、扩散、胶凝、固化、实现粘结作用,恢复组件的完整性,是一种理想的原位加固技术。适用于混凝土结构的裂缝和恢复其完整性和功能。灌浆砂浆粘接强度高,固化后和水泥固井,提高工件的完整性和恢复组件功能,强化提高耐久性,达到防锈的目的。 2.2结构植筋技术
化学钢结构指的是建筑工程胶粘剂植筋方法,称为植筋,是建筑结构抗震加固工程钢筋锚固用结构胶种植钢筋连接技术之后,植物钢筋和结构沉重紧固应用是最好的选择。结构植筋技术以混凝土为基材的实现过程中,根据结构应力分析的具体成员的需要确定数量、类型、位置、结构钻孔后,井眼净化、化学剂注入,高强度,然后植入钢。利用这个技术解决方案:加强施工期间锚地快速、有效、安全、可靠,能够快速实现的总体应力强化和联合行动。
四、目前应用的新型抗震加固方法
1、消能减震
消能减震加固就是结构某些非承重部位(如支撑、节点、剪力墙、连接缝或连接件、主附结构间、相邻楼层等)安装消能减震装置,通过阻尼器产生摩擦、弯曲(或剪切、扭转)的弹塑性变形来吸收或耗散传入结构中的能量来减少地震反应。由于这一加固方法本身的优点,相对于隔震加固,它限制更少,不受结构类型和高度限制,且同时减小结构的水平和竖向地震作用。选用消能减震技术进行抗震加固时,只需在某些部位安装阻尼器,不影响建筑使用空间,不改变建筑物原有风貌,阻尼器及其连接支撑构件可预先制作,现场安装,施工方便,施工周期短,干扰性小,节约材料。在古建筑的抗震加固中,消能减震方法的运用更为广泛。
2、被动控制减震加固
被动控制减震加固是运用被动控制的基本原理,通过在房屋顶部设置调谐质量,用来降低地震的破坏作用。这一加固技术经常与房屋加层技术结合运用,可在不对下部结构做出改变的情况下,对建筑物加层,新加的质量采用隔震橡胶支座与已有建筑连接,从而减小了地震作用,实际效果相当与对既有建筑物进行了抗震加固。这一技术已在一些实际工程中加以运用,如在一些建筑物的顶部设置一定质量的水箱,即是被动调谐质量。
3、隔震
隔震装置可以设置在待加固结构的不同位置,比如基础和上部结构之间,楼层之间等,也可以设置在建筑物的顶层,同时起到结构加层和抗震加固的目的。目前,应用较多的隔震加固方法是基础隔震,即通过在建筑物的基础和上部结构之间设置某种隔震装置,以减小地震作用时建筑物上部结构的地震反应。隔震装置具有很大的竖向刚度和相对较小的水平刚度,建筑物在大震作用时,地震作用由基础传到隔震装置,隔震装置率先进入塑性状态,大量吸收或隔离地震能量,隔震装置产生大变形,而上部结构做近似刚体的运动,整个上部结构完全处于弹性状态,减小了上部结构的水平位移。
五、结束语
随着现代建筑科学技术的不断进步,新型建筑材料不断出现,混凝土结构加固方法将越来越丰富。因此,在对建筑物进行改造和维修加固时,应结合建筑物的结构特点、当地的具体条件等因素进行经济性、技术性和可靠性等多方面综合分析,从而选择出最适合的加固方案。
参考文献:
[1]建筑杭震设计规范(GB50011-2010)[M].中国建筑工业出版社,2010.
[2]地震灾后建筑鉴定与加固技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.(12).
[3] GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范.[S].
【关键词】 钢筋混凝土;房屋结构;抗震;加固
引言:
在实践研究中,钢筋混凝土的抗震加固技术作为一种现代科技得到了突飞猛进的发展,取得了预料之外的成绩。近年来,随着行业技术材料的发展,之前的钢板被碳纤维,玻璃纤维等高强度的聚合物所替代,所以钢筋混凝土的受弯程度逐渐减弱,这是其需要加固的重点。
一、加固的基本原则
1、从实际出发
加固以前,必须对原有结构和构件进行可靠性鉴定,对原有结构的作用力和材料使用状态进行实际调查,对存在缺陷、损害和破坏状态进行全面了解和分析。加固设计时的计算简图、材料和设备的选择要符合实际可能的条件;加固方案必须与施工的实际可能紧密结合。
2、消除隐患
加固以前,还必须完全掌握造成质量问题的原因,并在对各种原因(特别是对于由地基不均匀沉降、腐蚀、高温、冷脆、冻融、振动等环境原因)所造成的损坏提出相应的处理对策。加固时充分考虑这类原因(特别是环境原因)可能再次造成的危害并加以预防,以免重蹈覆辙。
3、全面比较
加固方案的确定,是在全面综合地考虑原结构构件的损害情况、原建筑使用空间和其它功能要求、加固施工的技术条件(施工技术、设备机具、熟练技工)和非技术因素(资金、工期),以及对加固效果效益的估计等多种因素后,经过多个方案分析比较后选优的结果。不能简单地单纯凭印象和经验办事。
4、协同受力
加固方案的确定,还要采取有效措施尽可能地保证新增加的截面、构件和部件,与原有结构构件未受损伤的部分能够可靠地协同工作、整体受力,共同承担加固后该结构构件应承担的荷载和外加变形。如果技术上做不到新加部分和原有部分的协同受力,也要在构造和连接上做到加固部分能分担被加固部分的荷载,减轻被加固部分的负荷到允许的程度。
5、预防损坏
在加固过程中,若原结构构件或其相关的结构构件有新发现的严重缺陷损害时,应立即停止施工,并会同原设计单位采取有效措施加以处理;处理后方可继续施工。对于存在倾斜、倾覆、失稳、滑移甚至倒塌等不可靠因素的结构构件,在加固施工前应采取临时措施,防止发生加固期间可能出现的质量事故。
6、保留完好
在加固构件时,应尽量不损伤原有结构,并保留具有利用价值的部分,避免不必要的凿伤、拆除或更换。这样做,一方面考虑的是经济效益,另一方面考虑的是尽量减少薄弱部位。因为,加固所新增加的部分与原有部分的连接毕竟是一些薄弱的环节。
二、抗震加固设计研究现状
在九零年代,新技术的出现,新技术和新材料,使建筑抗震加固设计技术改进,在1996年,建筑抗震设计技术标准技术委员会的使用和发布的实现,“包括凝固和砖石建筑地震破坏修复标准”、“混凝土和砖石建筑地震破坏评估标准”和“凝固的建筑抗震鉴定和修复程序”,这部分的评估标准体系地震作用主要采用粘弹性静态分析。建筑结构抗震加固设计的研究始于20世纪初,在中国与碳纤维缠绕绑定组件技术为主,和相关的测试数据的分析表明,碳纤维包裹绑定组件技术可以极大地提高住宅建设的承载力,改善梁和柱的结构强度和刚度。
三、在抗震加固中采用的具体方法
1、构件加固
1.1增大截面加固法
增大截面加固法又称外包混凝土加固法,是通过在原混凝土构件外,叠浇新的钢筋混凝土,增大构件的截面面积和配筋,大幅度提高被加固构件的承载力、刚度、延性和降低柱子的长细比,来达到减轻地震作用的目的。此方法主要适用于钢筋混凝土受弯和受压构件加固,采用常规施工方法,易于控制和检测施工质量,耐久性好。
1.2外包型钢加固法
外包型钢法是在钢筋混凝土梁、柱四周包以型钢的一种加固方法。对于矩形构件大多在构件四角包角钢,横向用箍板连接;对于圆形构件,多用扁钢加套箍的办法加固。采用外包型钢加固时,应采用乳胶水泥、环氧树脂胶黏剂进行灌注,使新加型钢与原构件形成整体共同工作,外包型钢(角钢或槽钢)加固法适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱加固。
1.3置换混凝土加固法
置换混凝土加固法主要是针对钢筋混凝土结构,由于结构裂损或混凝土存在蜂窝、孔洞、夹渣、疏松等缺陷,或混凝土本身强度偏低,而采用挖补的办法用优质的混凝土将这部分劣质混凝土置换掉,达到恢复结构基本功能的目的。置换混凝土加固法适用于构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等承重构件,加固后不改变结构原貌,不改变使用空间,也不增加荷载,但是新旧混凝土的粘结能力较差。
1.4粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法是用胶黏剂把薄钢板粘贴在混凝土构件的表面,使薄钢板与原混凝土构件形成一个良好的整体,均匀受力,不产生应力集中,一起协同工作。它适用于承受静荷载的受弯构件、受拉构件和大偏心受压构件,能在较小增加刚度的条件下,大幅度的提高结构的承载力、抗裂性、延性,从而提高结构的抗震性能。
2、结构加固法
2.1结构裂缝密封技术
结合相关工程实践经验,裂纹密封结构加固技术的主要工作原理是:结构加固领域的必要性,较低的粘度、较高的灌浆材料的抗拉强度,通过压力灌浆,灌浆材料的准备直接进入混凝土构件裂缝、空洞、扩散、胶凝、固化、实现粘结作用,恢复组件的完整性,是一种理想的原位加固技术。适用于混凝土结构的裂缝和恢复其完整性和功能。灌浆砂浆粘接强度高,固化后和水泥固井,提高工件的完整性和恢复组件功能,强化提高耐久性,达到防锈的目的。 2.2结构植筋技术
化学钢结构指的是建筑工程胶粘剂植筋方法,称为植筋,是建筑结构抗震加固工程钢筋锚固用结构胶种植钢筋连接技术之后,植物钢筋和结构沉重紧固应用是最好的选择。结构植筋技术以混凝土为基材的实现过程中,根据结构应力分析的具体成员的需要确定数量、类型、位置、结构钻孔后,井眼净化、化学剂注入,高强度,然后植入钢。利用这个技术解决方案:加强施工期间锚地快速、有效、安全、可靠,能够快速实现的总体应力强化和联合行动。
四、目前应用的新型抗震加固方法
1、消能减震
消能减震加固就是结构某些非承重部位(如支撑、节点、剪力墙、连接缝或连接件、主附结构间、相邻楼层等)安装消能减震装置,通过阻尼器产生摩擦、弯曲(或剪切、扭转)的弹塑性变形来吸收或耗散传入结构中的能量来减少地震反应。由于这一加固方法本身的优点,相对于隔震加固,它限制更少,不受结构类型和高度限制,且同时减小结构的水平和竖向地震作用。选用消能减震技术进行抗震加固时,只需在某些部位安装阻尼器,不影响建筑使用空间,不改变建筑物原有风貌,阻尼器及其连接支撑构件可预先制作,现场安装,施工方便,施工周期短,干扰性小,节约材料。在古建筑的抗震加固中,消能减震方法的运用更为广泛。
2、被动控制减震加固
被动控制减震加固是运用被动控制的基本原理,通过在房屋顶部设置调谐质量,用来降低地震的破坏作用。这一加固技术经常与房屋加层技术结合运用,可在不对下部结构做出改变的情况下,对建筑物加层,新加的质量采用隔震橡胶支座与已有建筑连接,从而减小了地震作用,实际效果相当与对既有建筑物进行了抗震加固。这一技术已在一些实际工程中加以运用,如在一些建筑物的顶部设置一定质量的水箱,即是被动调谐质量。
3、隔震
隔震装置可以设置在待加固结构的不同位置,比如基础和上部结构之间,楼层之间等,也可以设置在建筑物的顶层,同时起到结构加层和抗震加固的目的。目前,应用较多的隔震加固方法是基础隔震,即通过在建筑物的基础和上部结构之间设置某种隔震装置,以减小地震作用时建筑物上部结构的地震反应。隔震装置具有很大的竖向刚度和相对较小的水平刚度,建筑物在大震作用时,地震作用由基础传到隔震装置,隔震装置率先进入塑性状态,大量吸收或隔离地震能量,隔震装置产生大变形,而上部结构做近似刚体的运动,整个上部结构完全处于弹性状态,减小了上部结构的水平位移。
五、结束语
随着现代建筑科学技术的不断进步,新型建筑材料不断出现,混凝土结构加固方法将越来越丰富。因此,在对建筑物进行改造和维修加固时,应结合建筑物的结构特点、当地的具体条件等因素进行经济性、技术性和可靠性等多方面综合分析,从而选择出最适合的加固方案。
参考文献:
[1]建筑杭震设计规范(GB50011-2010)[M].中国建筑工业出版社,2010.
[2]地震灾后建筑鉴定与加固技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.(12).
[3] GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范.[S].