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作者:jinyijiagu 來源:本站 發(fā)表時間:2020-7-13 20:19:44 點擊:2144
隨著社會的發(fā)展,現(xiàn)階段我國關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)震害的基本知識與研究遠遠不夠,針對鋼結(jié)構(gòu)震損加固的方法也更為欠缺,且鋼結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)還需要考慮鋼結(jié)構(gòu)往復(fù)荷載作用后的影響。因此,全面的分析抗震受損破壞類型,并針對破壞類型給出合理的加固修復(fù)方法至為重要。
關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);震損加固;往復(fù)荷載作用
鋼結(jié)構(gòu)是一種輕質(zhì)高強、彈塑性好,抗震性能以及抗沖擊性能均較好的結(jié)構(gòu)形式,常用于大跨度建筑物如劇院、體育館等,且越來越廣泛地應(yīng)用在高層建筑中。然而,鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國起步較晚,國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)震害案例較少,且欠缺相應(yīng)的加固準則;因此,如何制定合理、高效的加固方案尤為重要。
1.地震作用下鋼結(jié)構(gòu)常見破壞形式
地震作用有明顯的隨機性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞程度及部位具有不確定性。鋼結(jié)構(gòu)建筑的震損主要歸結(jié)于以下幾個方面:構(gòu)件損壞、節(jié)點處破壞、結(jié)構(gòu)變形過大以及結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。
1.1外露式鋼柱腳破壞
幾種常見的鋼柱腳中,外露式柱腳的抗震性能最弱。外加的傾覆力矩往往導(dǎo)致柱腳處混凝土的拉壓破壞、錨栓拔出等損壞。
1.2梁柱連接節(jié)點破壞
目前,節(jié)點部位被普遍認為是抗震設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)。國外已有大量的梁柱剛性節(jié)點破壞的案例。例如,日本阪神地震中外伸橫隔板的箱形柱與焊接H型鋼梁
圖1柱腳混凝土崩裂圖2梁柱連接節(jié)點破壞
連接節(jié)點由于剛度較大而存在較大彎矩,端部焊縫沖擊韌性較低,且現(xiàn)場施焊存在缺陷,最終導(dǎo)致節(jié)點連接處的強度不足。
1.3鋼柱脆性斷裂
曾有一鋼框架結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大量鋼柱斷裂,且破壞集中出現(xiàn)在一定區(qū)域內(nèi),受損的程度不一,但均為脆性受拉斷裂。這主要與地震的高速往復(fù)荷載有關(guān)。
1.4柱間支撐以及連接部位破壞
支撐與節(jié)點板連接的破壞和支撐與柱之間的破壞是較為常見的,形態(tài)主要為整體失穩(wěn)或局部失穩(wěn)。支撐體系用于提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,主要承擔(dān)地震水平力;但在往復(fù)荷載作用下,容易發(fā)生整體失穩(wěn),進入塑性屈服狀態(tài)。螺栓連接支撐還可能出現(xiàn)節(jié)點板端部剪切破壞、螺栓孔間剪切破壞和構(gòu)件削弱處斷裂等。
圖3鋼柱脆性斷裂圖4斜撐桿件屈曲
1.5大跨度鋼結(jié)構(gòu)破壞
大跨度的鋼結(jié)構(gòu)最常見的一種破壞是構(gòu)件局部失穩(wěn)。這是由于構(gòu)件的寬厚比、高厚比過大導(dǎo)致構(gòu)件局部發(fā)生屈曲;在往復(fù)荷載作用下,進而引發(fā)低循環(huán)疲勞和構(gòu)件斷裂。因此,嚴格控制構(gòu)件的截面尺寸是關(guān)鍵。屋蓋支座螺栓的破壞、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)周邊支撐銜接的桿件破壞等也較為普遍,例如,高低多跨的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高低跨交界處易發(fā)生破壞。這由于支座兩端的形式存在力學(xué)性能的差異:低跨的支撐結(jié)構(gòu)相對較強,而高跨部分的支撐較弱。
1.6結(jié)構(gòu)倒塌和層間破壞
墨西哥地震中,某一綜合大樓局部倒塌,其余樓層也遭受在不同程度的損壞;主要原因是偏位設(shè)置了縱橫向垂直支撐,引起結(jié)構(gòu)的整體剛度中心與質(zhì)量中心相距過大,存在了較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
2.鋼結(jié)構(gòu)震損加固設(shè)計的原則
依據(jù)相關(guān)的震害分析與研究,鋼結(jié)構(gòu)震損加固的設(shè)計原則宜合符:
①加固措施優(yōu)先加強結(jié)構(gòu)整體抗震性能。并針對具體損傷部位,進行區(qū)段、構(gòu)件或整體的加固。
②在加固布置新增構(gòu)件時,需消除、減少局部加強導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度或強度的突變等不利因素。
③加固措施中新增構(gòu)件需保證與原有構(gòu)件之間有可靠連接;新增豎向構(gòu)件(柱、抗震墻)應(yīng)保證有可靠的基礎(chǔ)。
④加固所用的材料與原結(jié)構(gòu)的材料一致時,其強度的等級不應(yīng)低于原結(jié)構(gòu)材料的等級要求;其余的力學(xué)性能應(yīng)根據(jù)需求進行確定。
⑤對不規(guī)則的建筑,加固布置應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布對稱均勻。
⑥對局部存在薄弱、易損部位和結(jié)構(gòu)連接部位,應(yīng)加強局部設(shè)計措施。
3.鋼結(jié)構(gòu)的加固方法
3.1柱腳加固
擰緊松弛的地腳螺栓,剔除已崩裂的混凝土;采用鋼柱底部增設(shè)鋼筋混凝土圍套的方法植筋將新混凝土部分與基礎(chǔ)連接。
3.2斜撐加固
截面的尺寸小、長細大的斜撐,在變形不大時,可直接采用增大截面法加固;若變形較大,可更換斜撐等構(gòu)件。同理,受彎桿件和受壓桿件也可通過增大截面來提高抗震承載力。
3.3格構(gòu)柱加固
格構(gòu)柱加固方法:主要通過更換壓曲桿件和連接部位斷裂的構(gòu)件;當柱頭和柱腳桿件壓曲時,應(yīng)直接貼焊整塊鋼板進行修補;另可在鋼框架結(jié)構(gòu)的一定部位增設(shè)耗能減震裝置,增加原結(jié)構(gòu)的抗震保障措施。
4.小結(jié)
本文分析了幾種常見破壞,提出了鋼結(jié)構(gòu)震損的加固原則。鋼結(jié)構(gòu)加固應(yīng)根據(jù)實際情況制定合理的方案;最后,文中總結(jié)了幾種常用的加固方法作為參考。
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