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1、钢筋混凝土结构抗震加固浅析摘要：随着近年地震的频繁发生，各地建筑物受到了或轻或重的损坏，抗震加固成为研究的重点。在这种情况下，国家制定了新的抗震加固规范和建议。在震区的多层框架结构由于当地抗震烈度的提高同样需要进行加固。本文就钢筋混凝土结构的抗震加固进行了探讨，首先分析了抗震加固的研究背景和地震知识的相关理论，包括地震的类型，成因和强度等。其次讨论了钢筋混凝土抗震加固的原则，论述了目前常用的钢筋混凝土结构加固方法，给出了各种方法的特点和适用范围以及抗震加固时应考虑的若干问题，最后提出了加固方法将来可能发展的方向。关键词：钢筋混凝土；结构抗震；抗震鉴定；加固方法 一、研究背景地震是地壳构造运动的
2、一种表现形式或结果，它是由地壳岩层局部破裂而引起的一种振动。地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，这就是地震波。地面运动通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动，称为结构的地震反应，包括加速度、速度和位移反应。我国幅员辽阔，世界上最活跃的三个地震带其中有两个（环太平洋地震带、欧亚地震带）都延伸到我国境内，我国大陆处在印度板块、太平洋板块和菲律宾板块的联合挤压下，因此，我国是一个多地震的国家，地震区（地震基本烈度为6度及其以上的地区）面积约占全国国k土面积的60%1。据统计，世界上130次伤亡巨大的地震，其中95%以上的人员伤亡是由于抗震能力不足的建筑物倒塌造成的2。因此正确合理地分析各
3、类建筑物的抗震性能，提高建筑物的抗震能力是减少损失的有效途径，对现有建筑物进行抗震鉴定与加固将是一项迫切的任务3。 二、地震基本理论 2.1地震的类型与成因按照成因的不同将地震类型分为五类：1、构造地震，这类地震占所有地震的99%以上，构造地震是由于地球在运动发展过程中，它的地质构造作用使地壳积累了巨大的变形能，地壳中的岩层产生很大的应力，当这些应力超过某处岩层的强度极限时，岩石突然破裂、错动，从而将积累的变形能转化为波动能传播出去，就引起了地面的震动；2、火山地震，由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震，只有在火山活动区才可能发生火山地震;3、塌陷地震，由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引
4、起的地震，这类地震的规模比较小，次数也很少，即使有，也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区；4、诱发地震，由于水库蓄水，油田注水等活动而引发的地震，这类地震仅在某些特定的水库库区或油田地区发生；5、人工地震，它是由人为活动引起的地震，如工业爆破、地下核爆炸造成的振动。2.2地震的强度地震的强度用震级来衡量，震级是按照地震本身强度而定的等级标度，用以说明某次地震的大小。用符号M表示。震级的大小是地震释放能量多少的尺度，也是表示地震规模的指标。一次地震只有一个震级。1935年，里克特首先引入震级这一概念，即目前国际上比较通用的里氏震级。它是以标准地震仪在距震中100km处，记录下来
5、的最大水平地动位移(即振幅A，以m计)的常用对数值来表示该次地震的震级4。其表达式如下： （2.1）地震烈度是指某一地区，地面及建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。用符号I表示。地震烈度是根据人的感觉，家具和物品的振动情况，房屋和构筑物遭受破坏等各方面情况综合起来，从宏观角度对地震影响作出的定性描述。目前，我国使用的是12度烈度表。对于一次地震只能有一个震级，然面却有多个地震烈度。一般情况是离震中愈远，烈度愈小。震中区的烈度最大，称为“震中烈度”。地震基本烈度是指某个地区今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。各个地区的基本烈度是根据当地的地质、地形条件和历史地震情况等，由有关
6、部门确定的。经国家地震局批准的现行中国地震烈度区划图中确定的地震烈度为基本烈度。三、钢筋混凝土结构抗震加固综述3.1建筑物加固改造的目的建筑物由于种种原因不能满足安全性、适用性、耐久性的要求经过建筑物可靠性鉴定，必须进行补强加固处理。我国从20时世纪50年代就开始进行结构的加固处理，几十年来，国内有许多建筑物加固工程实例，积累了丰富了实践经验5-7，曾发表了大量文献资料适用于多种原因造成的结构、构件损坏的加固处理，对推动加固技术的发展起到了很大作用。补强加固的目的主要是：（1）提高结构、构件的强度；（2）提高结构、构件的稳定性；（3）提高结构、构件的刚度；（4）提高结构、构件的耐久性。由于结构
7、、构件的破损程度不同，补强加固的要求和目的也不甚相同，因此应针对不同情况，选用不同的加固方法，采取不同的补强加固措施。3.2钢筋混凝土抗震加固原则抗震加固实质上是通过改善结构的构件、结构受力的途径，以提高结构的抗震能力，从而减小结构的地震破坏其抗震加固原则如下：（1）总体效应原则。制定加固方案时，应从整体考虑整个建筑的加固效果，应避免出现局部构件加强而整体抗力下降的现象。（2）构件加固与结构体系加固的原则。当某些构件不满足安全度要求时必须进行加固，但结构体系的加固往往会被忽视例如个别构件加固后引起刚度和强度分布情况的变化，应从整个结构体系安全的角度来考虑另外结构构件之间的连接的加固对结构整体性
8、的影响也是很大的8。 （3）局部加固与整体加固的原则。当对个别构件加固后不影响整个结构体系的受力性能时，可以进行局部加固，例如设备爆炸引起个别梁板的破坏，这时只要将受破坏的梁板加固到原有抗力就可以。当结构整体不满足要求时，例如当结构在地震作用下的侧向变形不满足要求时，宜对结构整体进行加固9。临时加固与永久加固的原则。临时加固的要求可降低一些，永久加固的要求应高一些。3.3建筑物抗震加固的程序首先，根据原设计图纸、工程现状和当前载荷要求，按GB50023-2009建筑抗震鉴定标准对已有建筑进行抗震鉴定，查清现有建筑不满足现行规范的方面。一般而言，对现有房屋的鉴定主要基于两方面:一是，整体结构是否
9、满足抗震要求。主要指整个建筑的设防烈度、结构总体方案是否满足现行规范要求。二是，单个构件能否满足抗震要求。单个构件的检测可利用超声仪、回弹仪、裂缝显微镜、原位轴压仪、万向取芯机、点荷仪、拔出仪、经纬仪、水准仪等仪器检测建筑构件强度、缺陷，评定建筑物性能。依据鉴定结果制定合理的加固方案。同时，应保证其满足现行建筑抗震设计规范的要求。并以提高建筑的综合抗震能力，作为衡量抗震加固的标志10。其次，对已确定的加固方案，做进一步的细化，绘制施工图纸，并对施工工艺、施工方法、施工用料、施工注意事项等提出具体的要求。尽量避免损伤原构件，以防止加固过程中对原有结构造成新的破坏11。3.4钢筋混凝土抗震加固技术
10、3.4.1传统抗震加固技术 （1）增大截面法，又称外包混凝土加固法，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12。 （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显著提高构件的承载力、增大延性和
11、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13。 （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）其它加固法，如增设支撑体系和剪力墙等，以增加结构的整体刚度，改变构件的刚度比值，调整原结构内力
12、，改善结构件的受力状况，提高结构抗水平力的能力，以及裂缝修补处理等。3.4.2抗震加固新技术 （1）基础隔震技术，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，现在的基础隔震技术主要有：叠层橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、滚珠及滚轴隔震、支撑式摆动隔震和混合隔震等。世界上最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14。 （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
13、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，黏弹性阻尼器，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
14、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15。 （3）高强不锈钢绞线+高强聚合物砂浆加固技术，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20mm40mm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。高强不锈钢绞线具有强度高（通常是普通钢筋的37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。四 结语本文讨论了钢筋混凝土结构抗震加固的原因原
15、则，对目前常用的钢筋混凝土加固方法进行了简要论述，给出了各种方法的特点和适用范围以及需要注意的问题。我国面临着严峻的地震形势，据地震部门分析，2006年2020年我国大陆可能发生10次左右7级以上地震，其中东部6级，西部7级的地震危险区27个，覆盖着22个省、市，可以说绝大多数省、市都面临着严重的地震形势，在这种形势下必须加快抗震加固步伐。多次地震的震害经验证明，地震造成损失和人员伤亡主要是由于房屋、工程设施和设备的破坏造成的。如果一个城市或村镇存在着大量不抗震的房屋、工程设施和设备，地震后必将造成破坏，直接造成经济损失和人员伤亡，这就是抗震加固的必要性16。随着抗震知识的不断完善和国民经济的不断发展，对现有建筑物的抗震加固越来越多，抗震加固已从传统的方法不断趋向多样化，目前新发展起来的减震控制技术在工程应用上有明显优势，为建筑的抗震设计和抗震加固提供了一条崭新的途径，它克服了传统结构“硬碰硬”的设计方法，具有概念简单，减震机理明确，减震效果显著和安全可靠的特点，相信今后一段时间将是减震控制技术走向成熟的时期。1徐泽平. 浅谈地震与大坝安全. 中国水利国际合作与科技网2009年第1期2张敏政. 近年地震震害的几点启示J. 工程抗震, 2001(1):11-153李应斌. 钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究
