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      砌體結構的加固方法
      發布時間:2014-05-16
      抗震加固方法從傳統的方法不斷趨向多樣化,抗震加固材料也由單一的砌體、鋼筋混凝土等向新型材料發展,本文側重探討鋼筋混凝土與砌體結構的建筑物的抗震加固方法。

      關鍵詞:建筑結構;鋼筋混凝土;砌體結構;抗震加固

      一、建筑結構抗震加固方法的選擇

      一幢建筑物的地震反應主要依賴于其本身的剛度、強度、變形能力(延性)、滯迥特性以及場地特征、地震地面運動特性等。但真正決定建筑物抗震能力的最重要的因素是其本身的側向強度與延性。對建筑物進行抗震加固時,首先要達到要求的抗震能力,但加固方法的選擇要與其重要性程度、結構類型、場地條件、建筑外觀等聯系,另外,造價的考慮也是必不可少的。

      側向強度與延性是決定建筑物抗震能力的最重要因素,因而加固的出發點也應從以下三個方面考慮:(A)、提高建筑物最終強度;(B)、改善建筑物塑性變形能力及延性;(C)、同時達到(A)與(B)。其中(A)的典型做法是在框架中填充鋼筋混凝土墻或鋼支撐;(B)的典型做法是在柱、梁等構件上加鋼板、鋼箍以及鋼筋混凝土圍套;(C)的典型做法是加延性支撐。無論哪種做法,連接新舊構件的抗震連接件(通常都用植筋、錨栓等)的連接強度必須達到將后加構件與原有構件共同作用抵抗地震的作用。下面分別探討鋼筋混凝土與砌體結構的建筑物的抗震加固方法。

      二、鋼筋混凝土結構抗震加固方法

      (一)增加構件以及結構強度的主要措施

      1、在原有框架中填充或新加剪力墻

      剪力墻可以是現澆、預制鋼筋混凝土或配筋砌體,但預制構件由于需要一定操作空間因而較少用于建筑物內部。剪力墻可以僅與上下梁連接或與周邊梁柱均連接,在此,錨筋或錨栓的強度必須滿足要求;

      2、在原有框架中新加鋼支撐

      當用于建筑物需較大敞開洞口(如學校、商場等)時的加固多用該方法。支撐的形式有x型、K型、開口型等形式。該加固方法具有以下特點:一能提供很大的強度與剛度;二容易達到采光要求;三質量增加相對較小,因而由于加鋼支撐而增加的基礎費用減少;四鋼支撐可以先預制因而可縮短工期和減少工作面等;

      3、在構件上外包鋼筋混凝土圍套

      該方法能顯著提高構件強度,但需指出:當僅在層間柱加圍套而沒有新加鋼筋(或其它)等穿透樓板時,僅提高軸向與剪切強度,而彎曲強度并無改善,因而需在樓板上鉆洞,將新加鋼筋穿過洞口,再在梁柱節點澆筑新混凝土來提高彎曲強度;當加固梁時,加鋼綴條能顯著提供抗剪強度,特別是重力荷載下,但若所受荷載是往復的(如地震荷載、風荷載等),則對其進行整體圍套更為合理。使用圍套方法加固,基礎和梁柱節點也需詳細設計加固,因而施工復雜且費用較高,尤其是基礎;

      4、聚合物浸漬混凝土加固技術

      該方法以普通混凝土為基材,以有機單體為浸漬液滲入混凝土內部并且聚合而成的一種有機一無機復合材料。由于有機單體滲入混凝土內部,并且聚合后基本填滿了混凝土原有的空隙,極大地改善了混凝土的微觀力學結構,因而浸漬混凝土能顯著提高原混凝土基材的力學強度。主要特點有:施工過程完全不損傷原混凝土構件,不削弱原構件承載力,安全可靠;加固材料滲入混凝土內部,因而不存在類似別的加固方法出現的應力滯后問題;不影響構件外形尺寸。該方法除了提高混凝土強度以外,尚能改善其耐久性,主要應用于對中小型預制構件的浸漬處理,以提高其強度、耐久性、抗滲性和耐腐蝕性等,也有用于混凝土結構中的實例,由于需真空設備等,結構加固中沒有得到大量推廣;

      5、粘貼碳纖維

      該方法是近年來發展起來的新型加固方法,由于該法有施工便捷、增大截面尺寸很小、強度高等優點而被廣泛應用于鋼筋混凝土板、梁等的補強加固中。但碳纖維長期使用的環境溫度不應高于60℃,因而在處于特殊環境中(高溫、腐蝕、放射等)下的混凝土采用該法加固時,尚應遵守國家現行有關標準的規定,并采取相應的防護措施。碳纖維片材(包括碳纖維布與碳纖維板)應用配套樹脂類粘結材料與混凝土牢固粘結,并加表面防護材料。該方法的原理是在混凝土表面粘貼碳纖維,使其與混凝土共同工作,因而碳纖維與混凝土的粘結以及端部錨固非常重要.以防碳纖維與混凝土出現過早剝離現象麗影響加固效果。另外,要注意碳纖維的粘貼方向:在梁、板等構件的受拉區粘貼碳纖維片材進行受彎加固時,纖維方向與加固處的受拉方向一致;采用封閉式粘貼、u型粘貼或側面粘貼對梁、柱構件進行受剪加固,纖維方向宜與構件軸向垂直;

      6、高強不銹鋼絞線網、滲透性聚合物砂漿加固法

      高強不銹鋼絞線網為高強不銹鋼絞線編織成的鋼絞線網,強度高、不銹蝕、運輸及施工方便,聚合物砂漿為無機材料,與混凝土材料粘結性能良好,耐久性好、耐高溫。這些材料的生產全部在現代化工廠完成,然后運送到施工現場進行加固施工。其特點是:一是高強鋼絞線強度高,其標準強度約為普通鋼材的5倍,因此加固后對結構自重增加很;二是易于大規模機械化施工,在結構加固的過程中不影響建筑的使用,對被加固的母體表面沒有平整要求,節點處理方便,可以加固有缺陷或強度低的混凝土結構;三是抗彎加固不僅可以顯著地提高承載力,而且可以顯著地提高剛度,這是碳纖維加固所不可比的。四是解決了加固后的耐久性、抗火、耐高溫性能等問題。加固性能可靠。因此,該加固方法越來越受歡迎。不過由于目前僅對于對鋼筋混凝土梁、板有較成熟的實驗與理論,對鋼筋混凝土柱以及砌體結構的加固效果尚在研究中,本加固方法尚未有相應的技術規程可參考.不少工程技術人員尚不太熟悉其加固原理,另外還存在造價相對傳統的抗震加固方法較高的因素,因而該方法未普遍應用,但由于其自身的優點,相信以后會有廣闊的前景。

      (二)提高已有建筑物構件變形能力的主要措施

      1、焊接鋼絲網外澆混凝土形成套箍(繞絲法);

      2、鋼板箍或鋼條箍;

      3、碳纖維封閉;

      4、高強不銹鋼絞線網、滲透性聚合物砂漿封閉。

      上述幾種抗震加固方法主要目的是提高抗剪能力以及約束混凝土來提高構件延性,而不是為了側向強度的提高。而前面提到的鋼筋混凝土圍套、鋼圍套主要用于提高側向強度和剛度。二者的主要區別在于后者更注重于形成“套箍”即起到“約束”原混凝土的作用。事實上,后者往往能起到一些提高側向強度和剛度的作用;其次是后者在約束混凝土柱時,通常在柱頭與柱腳留有間隙(而前面提到的提高強度的鋼筋混凝土圍套加固方法必須有鋼筋穿過樓板并澆筑混凝土,不容許有間隙),這樣不僅提高了構件剪切強度,而且保持有一定的彎曲強度,這樣由于增大了構件的剪彎強度比從而提高了構件的延性。采用碳纖維封閉式粘貼時,其粘貼方向與前面所述提高強度的有所不同,其纖維方向應與柱軸向垂直,這樣才能真正起到約束混凝土柱的作用。對于高強不銹鋼絞線網、滲透性聚合物砂漿封閉.其粘貼方法同碳纖維片材,但由于采用該方法約束混凝土柱尚未經過嚴格的實驗研究與理論依據,因而要慎重使用。

      (三)提高側向強度與變形能力,加延性支捧體系

      目前,在已有框架中安裝鋼支撐已被廣泛地用在鋼筋混凝土抗震加固中。圖示是一個“Y”型延性支撐的實例。支撐系統包括剪切板與鋼支撐架,剪切板由于其本身的塑性變形而能耗散大量地震能量。這樣能有效地提高框架的強度、剛度、延性以及耗能能力。近年來,國內外相關學者對消能減震裝置進行了大量研究,各種各樣的消能器、阻尼墻等層出不窮,由于其本身的構造特點,能耗散大量的地震能量,因而用各式消能囂代替剪切板的工程實例不斷涌現。相信采用該方法進行消能減震將會越來越多地應用在已有或新建建筑中。

      三、砌體結構抗震加固方法

      水性支撐加固現代配筋砌體結構已經證明可以承受地震作用。但老的砌體結構(采用89規范之前的)由于沒設置者如圈梁與構造柱之類的配筋構件因而遭遇地震時容易發生脆性破壞,所以對其應進行加固以提供更高的強度和延性。

      加固措施包括:

      (1) 加鋼筋混凝±柱約束砌體;

      (2) 加鋼板約束砌體;

      (3) 用鋼筋混凝土或鋼圍套;

      (4) 加現澆鋼筋混凝土水平疊合層與梁,增強結構整體性;

      (5) 用鋼拉桿內部拉結砌體墻。

      當砌體結構承重墻體上有水平鋼筋混凝土梁時,新加鋼筋混凝土構件是最好的加固方法,因為此時原鋼筋混凝土梁與新加鋼筋混凝土柱對原砌體墻產生約束從而顯著提高承載能力。另外,重新加鋼筋混凝土框架也是一種很好的加固方法。當遇到緊急加固砌體結構時,采用鋼板約束則是最快捷最有效的方法。鋼筋混凝土或鋼圍套能增加結構抗側力。對混凝土圍套,可以采用澆筑或噴射的方法。當條件具備時,加現澆鋼筋混凝土水平疊合層與梁是提高結構整體性的有效措施,條件不具備時,可在樓板底用鋼拉桿(鋼筋)內部拉結砌體墻,也可以達到增強結構整體性的要求。對于未配筋砌體結構出入口上部的女兒墻,其加固也很重要,可以考慮在女兒墻與屋頂間加支撐。

      參考文獻:

      1、王伍生:鋼筋混凝土框架結構房屋震害分析、加固及抗震措施研究,中外建筑,2009(7)

      2、李珠:既有建筑抗震加固與節能改造一體化技術,施工技術,2009(5)

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