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传统抗震加固技术与抗震加固新技术简述

文章出处:悍马加固材料人气:-发表时间:2018-10-23 10:47【

传统抗震加固技术与抗震加固新技术简述

1概述

1.1我国目前抗震加固的基本原则

1 )考虑到已有建筑的历史条件,在抗震设防要求上略低于新建工程的抗震设防要求,即抗震加固的安全度可降低 15%~30%,但7度及7度以下时不予降低 ;

2)抗震加固前必须做出抗震鉴定,视其必要性和技术经济的合理性, 对没有价值进行抗震加固的建筑应予拆除 ;

3)抗震加固的重点是城市生命线工程和易造成次生灾害的工程等。

4)加固时,主要加强结构的整体性、提高变形能力以及加强薄弱环节和危险部位。

1.2 抗震加固对象

1 ) 未采取抗震设防措施的已建成的建筑物、构筑物,应当按照我国有关规定进行抗震性能鉴定,并采取必要的抗震加固措施。1997年由全国人大常委会通过的《中华人民共和国防震减灾法》中明确规定,这一类建筑物、构筑物包括:属于重大建设工程的建筑物、构筑物;可能发生严重次生灾害的建筑物、构筑物;有重大文物价值和纪念意义的建筑物、构筑物;地震重点监视防御区的建筑物、构筑物等。

2)抗震设防标准提高的地区已建成的建筑物、构筑物。新《规范》对部分城市的设防烈度进行了调整,全国34个省会级城市中,南昌和石家庄提高一度设防;天津、郑州、海口、香港和台北提高“半度 ”设防。对这些城市或地区的建筑物、构筑物来讲,原有建筑物的抗震能力是否能满足新的抗震设防要求,应该通过抗震鉴定予以确定 ,如果不能满足抗震设防要求,则必须要进行抗震加固。

3 )在地震中遭到破坏的建筑物、构筑物,震后经鉴定后认为有必要进行抗震加固以恢复其使用功能。

2传统抗震加固技术

2.1混凝土结构加固

针对钢筋混凝土结构的抗震加固,主要有以下几种加固方法。

1 )增大截面法,又称为外包混凝土加固法,即通过在原混凝土构件外, 叠浇新的钢筋混凝土,增大结构构件截面面积及配筋,达到提高结构的承载力和刚度的目的;加大截面法适用于混凝土柱、板、梁等结构构件。

2) 外包钢加固法,是在加固构件四周包以角钢,从而提高构件承载力的一种加固方法,分干式外包钢和湿式外包钢两种形式。干式外包法, 是指角钢直接包于被加固构件的四周,或虽然填塞有水泥砂浆,但不能保证结合面有效地传递剪力:湿式外包法,是指在角钢和被加固构件之间留有一定的间隙,间隙用乳胶水泥砂浆或注入结构胶填实。

该方法可以在几乎不改变构件截面尺寸的情况下明显提高构件的承载力、增大延性和刚度。外包钢加固法适用于混凝土柱、梁等。

3 )改变受力体系加固法,通过增加结构抗侧力构件,如混凝土抗震墙、 钢支撑等,改变在地震作用下结构的受力方式,将地震作用的绝大部分,转由新增抗震墙和钢支撑承担,原结构构件承担较小部分的地震作用力,使构件原有的承载力满足抗震要求,由此达到对原结构的加 固目的。

4)粘钢加固法,是指用粘结剂 (结构胶)把薄钢板粘贴在混凝土构件的表面,使钢板与混凝土协同 工作的一种加固方法。主要用于混凝土构件的抗弯承载力和抗剪承载力加固。此外混凝土剪力墙开洞也多采用这种方法。

5)粘碳纤维加固法,与粘贴钢板加固法类似,粘碳纤维加固法是指用粘结剂把碳纤维片材粘贴在混凝土构件的表面,发挥碳纤维高强抗拉作用,替代钢筋。主要用于混凝土构件的抗弯承载力和抗剪承载力加固。结构柱的延性加固也可采用此方法。

2.2 砖混结构加固

砌体结构在我国量大面广,是上世纪70年代以前的未按抗震设防要求设计的主要结构形式,其加固方法主要有:

2.2.1圈梁构造柱加固

在结构外增设混凝土圈梁和构造柱,它能有效地提高砖墙的承载力和延性性能,是上世纪9 0年代以前的主要加固方法之一 。

1 )钢筋网水泥砂浆法。在砖墙的两面敷设钢筋网片后抹上高强砂浆面层,形成组合墙体,即俗称的“夹板墙 ”,可大大提高砖墙的承载力, 通常与圈梁构造柱加固法一同使用。

2)混凝土板墙加固。上世纪90年代砖砌体结构逐渐采用混凝土板墙加固技术。该方法是在砖墙面上敷设一层60mm~80mm厚的配筋 混凝土簿墙板,与砖墙共同工作,一方面可以大大提高砖墙的抗震承载力,另一方面还可以起圈梁和构造柱的作用,增加砖砌体结构的延性。

2.2.2 砖柱的加固

1)砖柱通常采用外包混凝土加固,这种加固方法对于轴心受压砖柱及 小偏心受压砖柱,能很大程度上提高承载力。

2)为增加砖柱的变形能力,可采用包钢加固的方法。

3 抗震加固新技术

3.1 基础隔震技术

基础隔震技术是在上部结构和基础之间设置隔震装置,阻隔地震能量 向上部结构传递 ,从而减少结构地震反应的一种抗震技术。美国犹他洲盐湖政府大楼,始建于1894年,5层无配筋砖石结构建筑,离断层只有3 km,很容易为地震所破坏。该大楼采用了叠层橡胶支座与铅芯橡胶支座的隔震加固方法,带铅芯的隔震支座安装在建筑的周 围,以减轻扭转振动反应。新西兰议会建筑,采用铅芯橡胶支座进行抗震加固,该建筑加固后可在地震时水平移动300 mm。应用于重要工业设备的例子有:新西兰的海沃兹HVDC变电站用橡胶支座加滞变 阻尼的隔震系统,对交流滤波电容器组进行了抗震加固。目前,世界上较高的隔震加固建筑是美国加利福尼亚的奥克兰市政大厅,该建筑始建于1914年,共18层,在1989年10月的旧金山湾区7.1级大地震中受损严重,在1994年加固中,采用了在基础部位增设隔震装置的抗震加固方法。目前我国还没有采用该技术加固的工程。

3.2消能减震技术

传统的抗震设计方法是靠结构的延性来耗散地震能量。但问题在于结构受到一次强烈地震时,结构构件在利用自身的延性耗散地震能量的同时,也会受到严重的损伤。为了解决这个矛盾,在结构上附加各种阻尼器,通过阻尼器大量耗散地震输入到上部结构的能量,从而达到保护主体结构免遭破坏目的。常用的阻尼器有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、弹性阻尼器、黏滞液体阻尼器等。

消能减震技术近年来被大量的应用在对已有建筑物的抗震加固上 ,与传统的加固技术相比主要优势有:( 1 ) 施工现场无湿作业,基本不影响原建筑的正常使用功能;(2)能在保持原建筑外貌不变的前提下, 实现了提高抗震能力和改善使用功能的协调 ;( 3)消能效果明显 ,结构经过合理的设计,可以满足各种设防烈度下的抗震要求;(4 )可以有效的节约经费和缩短工期。基于以上优势,消能减震技术在建筑物的抗震加固中的应用前景十分广阔。

1980年的新西兰的Ra ng i t i ke i桥采用了金属变形阻尼器进行加 固,美国SanFr a nc i s co的一栋钢筋混凝土建筑 ( Wells Fargo银行大楼)于1989年LomaPr i et a地震中受到破坏,加固采用X型金属阻尼器;墨西哥的墨西哥城在1985年的大地震中很多建筑物受到损伤,其中包括Izazaga大楼,一幢12层的钢筋混凝土的建筑,加固采用了大约250个金属阻尼器。加拿大蒙特利尔的一幢学校建筑在1988年的Sa gue na y地震中受到了一些微小的结构损伤和一些非结构损伤,加固方法是在预制混凝土框架内设钢结构的交叉支撑,将64个摩擦阻尼器安装在支 撑上,组成消能支撑系统,另将388个摩擦阻尼器安装在预制墙平面内。1997年在沈阳市政府大楼的加层抗震加 固中采用了摩擦耗能阻尼器。

黏滞阻尼器是一种减震效率极高的阻尼器,早就常见地应用于军事、航天、船舶、设备和管网的减震中,近几年才应用于土木工程的减震 中。建于1926年的美国洛杉矶Ci t yHal l为32层钢结构建筑,建成后经历了多次地震,造成了一些损伤,加固方案采用基础隔震结合设置粘滞阻尼器的加固技术。建于1927年的美国加州Woodl and饭店 是一个砖石结构的历史建筑,在1995年的抗震加固中,方案采用16个45 0kN的黏滞阻尼器,与V字形支撑组成消能支撑的消能减震加 固方法。美国麻萨诸塞州波士顿市区内的一幢35层建筑于1 996年进行抗震加固,共安装了40个670kN的黏滞流体阻尼器。国内在这方面也有不少的工程应用,1998年启动的首都圈防震减灾示范区中,北京的一些标志性建筑如北京火车站、北京饭店、北京展览馆、中国革命历史博物馆等,进行系统的抗震鉴定、加固。中国建筑科学研究院工程抗震研究所采用黏滞阻尼器加固了这些大型公共建筑。北京火车站中央大厅为框架结构,加固采用了32个1300 kN的黏滞阻尼器; 北京饭店西楼加固采用了100多个3 00 k N的黏滞阻尼器 ;北京展览馆部分展馆加固率先采用了国产黏滞阻尼器;此外中国革命历史博物馆、京西宾馆等我国重点工程也先后采用了该项加固技术。

3.3高强不锈钢绞线+高强聚合物砂浆加固技术

高强不锈钢绞线网 +高强聚合物砂浆加固方法是近年来开发的新型加固技术。方法是将预先编织好的高强不锈钢绞线网张紧,用膨胀螺栓固定在被加固的混凝土构件表面,然后抹20mm-40mm厚高强聚合物砂浆。其原理是通过高强聚合物砂浆与被加固构件混凝土面的黏合力,将被加固构件所受到的外荷载作用力,传给高强不锈钢绞线承担。

近两年来,清华大学进行了该项技术的钢筋混凝土构件抗弯加固和抗剪加固的试验研究,取得很好的加固效果,不仅抗弯承载力和抗剪承载力可以得到明显提高,而且抗弯刚度也能够得到明显提高。中国建筑科学研究院工程抗震研究所进行了该技术的混凝土柱、砖墙和混凝土框架节点的加固研究,同样取得满意效果。耐火试验表明,该加固方法具有很强的耐火性,完全达到防火要求。

高强不锈钢绞线具有强度高(通常是普通钢筋的3~7倍)、不生锈等优点。聚合物砂浆为无机材料,与混凝土材料具有良好好的粘结性 能,并且具有耐久和耐火的特点。目前,该技术已成功应用于北京中国美术馆、北京师范大学北校教学楼 (原辅仁大学)、厦门郑成功纪念馆等建筑的抗震加固中。


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