建筑结构抗震加固方法应用探析
2015-05-26
我国是一个多地震的国家，地震活动的分布范围十分广泛，地震造成的危害不可忽视。5.12汶川大地震和4.14青海玉树地震造成了重大人员伤亡和巨大的经济损失，同时也给人民敲响警钟。建筑结构的抗震加固问题成为目前较为关注的热点。为了更好地保护人类的生命财产安全，促进社会的和谐发展，无论在地震前还是地震后，对工程结构进行抗震加固都显得十分重要。
一、2010年版抗震规范修订细要
汶川大地震后,建设部对原国标抗震设计规范进行了重新修订。以下将对相关细要进行分析。
1.1 由原来的一般性条文修订为新的强制性条文4.1.8条中增大系数由原来的“根据具体情况确定,但不大宜大于1.6”更改为“在1.1～1.6范围内采用”,范围更加明确。
7.3.8条楼梯间应符合下列要求:①顶层楼梯间横墙和外墙应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋;7~9°时其他各层楼梯间墙体应在休息平台或楼层半高处设置60mm厚、纵向钢筋不应少于2φ10的钢筋混凝土带或配筋砖带，配筋砖带不少于3皮，每皮的配筋不少于2φ6，,其砂浆强度等级应低于m7.5, 不低于同层墙体的砂浆强度等级。②楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于500mm,并应与圈梁连接。③装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接，8、9度时不应采用装配式楼梯段；不应采用墙中悬挑式踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯，不应采用无筋砖砌栏板。④突出屋顶的楼、电梯间，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，所有墙体应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋和φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或φ4点焊网片。
1.2 材料性能的修改3.9.2条中规定：①普通砖和多孔砖的强度等级不应低于mu10，其砌筑砂浆强度等级不应低于m5；②混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于mu7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于mb7.5。; 抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件(含梯段)，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9％。
3.9.3条对普通钢筋的性能更明确了“符合抗震性能指标”的限制,而且箍筋放弃使用hpb235级钢筋。
3.9.4条由原来的“满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求”更改为“满足最小配筋率等要求”,要求范同更加明确具体。
3.9.6该条由原来的一般性条文修订为新的强制性条文。
7.3.6条由原来的一般性条文修订为新的强制性条文。新的条文更加明确具体,新规范对独立砖柱的应用范围给出了更加明确的限制,规定“只有6°时才可采用,7～9°不得采用”,并新增了对跨度不小于6m梁的支承构件的加强措施。
二、抗震加固的方法
目前,常用的抗震加固方法主要有增设构件加固法、增强构件加固法和隔震减震加固法3大类,前两类属于传统抗震加固方法,后一类属于新发展的抗震加固方法
2.1增设构件加固法
目前对结构进行抗震加固最基本、最有效的方法之一,该法可以有效地提高结构的抗震能力、变形能力和整体性能。其具体的方法包括增设抗震墙加固法、外加圈梁-钢筋混凝土柱加固、增设支撑加固法、增设刚架加固法等。此法利用新增的抗震墙来承担主要的地震作用,以减小结构的变形。采用抗震墙加固时,需处理好新增墙体与原有构件的连接,既要保证连接的可靠性,又要避免对原结构构件造成过多的损伤。
3.2增强构件加固法
当无法采用新增构件加固时，可以分别对原结构构件进行加固，以提高原有构件的承载力、改善构件的延性，从而达到抗震加固的目的。主要方法有：
1.外粘型钢加固法: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、柱等构件的加固。该法用灌浆或焊接等方法将型钢外包于构件四周或两角，使之与原构件共同承担荷载，通过约束原构件从而来提高其承载力和变形能力。该方法适用于大型结构及大跨度结构。其优点是施工简便，现场工作量较小，构件截面尺寸变化不大，结构自重增加较小，而承载能力提高显著，构件截面的刚度和延性也得以改善。
2.粘贴钢板加固法:对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固。该法是用建筑结构胶将钢板粘贴在混凝土构件表面，使两者共同受力以提高结构承载力的加固方法，相对于传统加固方法，粘贴钢板加固法更为简单、快速，对结构的外形和净空以及生产生活的影响较小，缺点是构件加固后提高承载力不能超过原结构的40%，防火性能较差。
3.纤维增强复合材料加固法 :采用以纤维或其制品作为增强材料的一种复合材料对构件进行抗震加固的方法。本方法适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。外贴纤维复合材加固法是采用frp片材对混凝土构件进行修复加固的一种新技术,具有很高的抗化学腐蚀能力和对被加固结构的保护能力，提高了结构耐久性；适用不规则构件的加固；材料强度高，外贴加固用量少(材料厚度小)；荷载增加极少，几乎不改变原有结构的外形和尺寸；施工周期短，操作简单；加固施工时噪音小，对结构的使用环境影响较小，缺点是抗剪性差，不适宜构件的抗剪加固；构件加固后提高承载力不能超过原结构的40%。
4. 体外预应力是后张预应力体系的重要的分支之一，是指将布置于承载结构主体之外的预应力筋施加预应力所形成的预应力结构体系。体外预应力加固技术是一种主动的加固技术，通过预应力材料对桥梁结构受拉区施加预应力，消除部分荷载产生的不利内力，提供结构的承载力。
5.增加钢梁、钢柱，形成组合结构方法:适用于大幅度提高承载能力的混凝土结构，一般提高十几倍甚至几十倍。目前此加固方法广泛应用于密集柜、档案柜、电池机房等加固，抗震性能较好。缺点是防火性差，加固后净空变小，地面抬高，不利于装修及空间布置。
6.增大构件截面法: 针对梁、板、柱抗弯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结构承载力，耐腐蚀性和耐火性较好，能加强建筑物的整体性和刚度。不足之处为施工周期长，消耗大量的人力物力，原结构基础上增加了荷载，植筋及钻孔对原结构损坏较大，对抗震有不利影响，此方法适合于加固基础及下部结构。
3.3隔震、耗能减震加固法
1.将隔震技术应用于抗震加固领域中的一种新方法,通过隔震层的设置将地震变形集中到隔震层上,从而达到减小原有结构地震反应的目的。此法的优点是加固效果好、抗震安全度高、无需对非结构构件等再进行抗震加固。缺点是设置隔震层后,穿过隔震层的设备配线、配管等需要进行妥善的柔性连接,费时费事。
2.耗能减震加固方法是通过在结构某些部位增设耗能阻尼减震装置,以减小地震反应,是抗震加固的一条新途径，此方法主要依赖增加结构的能量耗散能力。国内外耗能减震结构的振动台试验研究表明例,耗能减震结构与传统抗震结构相比,地震反应减小了40%~60%。而从国外工程资料表明,耗能减震结构体系与传统抗震结构体系相比,可以节约结构造价5%~10%。若用于已有结构的加固改造,可节省造价会更加可观,有的加固改造工程节省造价达60%。
四、结论
综上所述,汶川和玉树的两次强震给传统的结构抗震带来了新的问题和挑战。在工作中我们还要认真总结震害经验,深入研究建筑结构在地震作用时的破坏机理,完善设计理论。
