防屈曲支撐加固既有鋼筋混凝土框架抗震性能試驗研究

■王 帥 ■北京清尚建筑設計研究院有限公司，北京 100000

在我國的建筑中，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架應用廣泛，但是這種結構有一個缺點，就是這種框架的抗側能力較弱。目前的建筑中，提高結構的抗側剛度采用最多的就是中心支撐或者偏心支撐，但是不論哪一種，在地震的作用之下，都會產(chǎn)生較大的塑性變形，另外，這兩種方法的抗震耗能能力都較差。但是防屈曲支撐在受拉或者受壓的時候都可以曲阜耗能，所以其抗震性能良好。

1 防屈曲支撐概述

防屈曲支撐屈曲約束支撐僅芯板與其他構件連接，所受的荷載全部由芯板屈曲約束承擔，外套筒和填充材料僅約束芯板受壓屈曲，使芯板在受拉和受壓下均能進入屈服，因而，屈曲約束支撐的滯回性能優(yōu)良。屈曲約束支撐一方面可以避免普通支撐拉壓承載力差異顯著的缺陷，另一方面具有金屬阻尼器的耗能能力，可以在結構中充當“保險絲”，使得主體結構基本處于彈性范圍內。因此，屈曲約束支撐的應用，可以全面提高傳統(tǒng)的支撐框架在中震和大震下的抗震性能。在工程上，一有鋼筋混凝土框架結構采用防屈曲支撐加固方式較多，但是防屈曲支撐加固既有鋼筋混凝土框架以提高建筑的抗震性能的研究不多，本文正是對這種方式的可行性做了分析。

2 既有框架的加固方法以及抗震計算

在本文的研究中，選取的既有鋼筋混凝土框架在設計時按照TJ11-1978《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范》中的要求，該結構的平面布置(8層)如圖1。為了研究防屈曲支撐技術在該框架進行加固的可行性，而且在同時解決設置防屈曲支撐加固后，既有鋼筋混凝土框架仍然出現(xiàn)承載力不足的問題，本文的研究采用了局部附加鋼筋混凝土框架并且另外增設了防屈曲支撐的方案，這樣涉及的目的，一是為了提高地震情況下的抗側剛度，另外該方案同時也滿足國家的相關要求，同時該方案還利用防屈曲支撐的抗震耗能能力，這樣就能提高既有建筑的抗震性能。

圖1 既有結構的平面布置

經(jīng)過對該既有框架進行抗震驗算，計算執(zhí)行的標準(GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》)為現(xiàn)行標準，計算結果見表1．從計算結果中不難看出，在多于地震的情況下，有4層的層間位移超限(表中用*表示)。

表1 層間位移驗算結果表

樓層 層間剪力Vi/kN層剛度D/kN·m2層間位移Δ/mm樓層側移δ/mm層間位移角θ 2 4745．8 672940 7．02 13．29 1/512*3 4445．3 582100 7．59 21．05 1/480*4 4013．1 582100 7．12 27．88 1/521*5 3436．2 473800 7．27 35．20 1/495*6 2718．4 473800 5．69 41．11 1/626 7 1860．2 473800 3．92 44．91 1/921 8 973．2 454210 2．17 45．01 1/1679

3 加固方案設計

在設計加固方案時，選擇的既有建筑的外觀以及施工現(xiàn)場允許的結構部位設置防屈曲支撐及其連接框架。并且將增設的防屈曲支撐安置在附加鋼筋混凝土框架平面內，以防止增設的支撐對既有框架結構產(chǎn)生不利的影響。附加的防屈曲支撐框架與既有框架的連接方式選擇為后錨固方法連接，在原則上，設置防屈曲支撐的位置不能影響使用，附加結構的所有參數(shù)根據(jù)設定的加固目標(多遇地震作用下，主體以及加固框架均處于彈性狀態(tài);設防烈度地震作用下防屈曲支撐消耗地震能量，主體結構允許開裂但不能屈服;罕遇地震作用下結構不倒塌)進行計算得出的，附加的結構必須參與既有鋼筋混凝土框架的減震計算。

4 具體實試驗方案及結果

4．1 防屈曲支撐加固框架的模型設計

附加的防屈曲支撐加固框架主要是由純鋼筋混凝土框架、防屈曲支撐以及附加加固框架共同組成。將單榀附加加固框架根據(jù)等剛度代換原則替換為兩榀，并且附加于純鋼筋混凝土框架的單跨兩側，這樣做的目的是防治試驗帶來的扭轉。防屈曲支撐采用的是人字形以及單斜撐這兩種方式布置，這樣的布置會使結構側移剛度相同，屈服時層間側移角相同。

4．2 試驗結果

基于試驗模型的對稱性，所以選取框架結構具有代表性的南立面進行現(xiàn)象描述，試件在南北面的開裂情況是對稱的。試驗加載時，先施加拉力，然后施加推力。框架水平側移加載至6．3mm時，梁1、梁2端部出現(xiàn)裂縫。框架水平側移加載至11．56mm時，梁2端部出現(xiàn)4～10cm的長裂縫，并有少許的裂縫貫穿梁底。框架水平側移加載至17．34mm時，梁1、梁2兩端均出現(xiàn)大量的貫穿梁截面高度的斜裂縫。中柱出現(xiàn)的裂縫最多，底部混凝土出現(xiàn)壓酥現(xiàn)象，中柱首層節(jié)點的核心區(qū)出現(xiàn)部分剪切裂縫。加固結構中防屈曲支撐發(fā)揮了很好地效能作用，而且在另一個方面，承載力得到了大幅度的提高，對純鋼筋混凝土框架的保護效果是很好地，而且其剛度以及延性都良好。另外，根據(jù)對試驗結果的各種曲線分析，發(fā)現(xiàn):采用附加防屈曲支撐鋼筋混凝土加固框架之后，滯回曲線呈現(xiàn)出現(xiàn)了捏攏以及反“S”現(xiàn)象，但是相比較純鋼架的滯回曲線，有了明顯的改善，承載力明顯改善，約為純框架的3．5倍左右。另外，在等效剛度以及剛度退化方面，防屈曲支撐起到了增加結構鋼都的作用，在大位移下，等效剛度有所減小，耗能增加，這有利于減小地震作用對純框架的影響。

5 結束語

綜上所述，使用附加防屈曲支撐鋼筋混凝土框架對既有鋼筋混凝土框架進行減震加固，這樣可以提高整體結構的抗震性能，還能較少內部作業(yè)。使用附加防屈曲支撐鋼筋混凝土框架加固既有鋼筋混凝土框架后，可以形成合理的屈服機制，明顯的增加了既有框架的抗震性能，另外水平荷載-結構側移曲線飽滿，等效阻尼明顯有所增加，單榀的承載力可以提高至3倍以上，結構的抗倒塌性能增加。經(jīng)試驗驗證，防屈曲支撐加固既有鋼筋混凝土框架對于整體結構的抗震性能有所提高，適合推廣使用。

［1］吳徽，張國偉，趙健，等．防屈曲支撐加固既有RC框架結構抗震性能研究［J］．土木工程學報，2013(7)．

［2］顧爐忠，高向宇，徐建偉，等．防屈曲支撐混凝土框架結構抗震性能試驗研究［J］．建筑結構學報，2011(7)．