防屈曲支撐加固既有鋼筋混凝土框架抗震性能試驗(yàn)研究

■王 帥 ■北京清尚建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100000

在我國(guó)的建筑中，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架應(yīng)用廣泛，但是這種結(jié)構(gòu)有一個(gè)缺點(diǎn)，就是這種框架的抗側(cè)能力較弱。目前的建筑中，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)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(huì)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(shí)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(gòu)件連接，所受的荷載全部由芯板屈曲約束承擔(dān)，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(jìn)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(jié)構(gòu)中充當(dāng)“保險(xiǎn)絲”，使得主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性范圍內(nèi)。因此，屈曲約束支撐的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(duì)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(jì)算

在本文的研究中，選取的既有鋼筋混凝土框架在設(shè)計(jì)時(shí)按照TJ11-1978《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，該結(jié)構(gòu)的平面布置(8層)如圖1。為了研究防屈曲支撐技術(shù)在該框架進(jìn)行加固的可行性，而且在同時(shí)解決設(shè)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(wèn)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(shè)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(cè)剛度，另外該方案同時(shí)也滿(mǎn)足國(guó)家的相關(guān)要求，同時(shí)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(jié)構(gòu)的平面布置

經(jīng)過(guò)對(duì)該既有框架進(jìn)行抗震驗(yàn)算，計(jì)算執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)(GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》)為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1．從計(jì)算結(jié)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(yàn)算結(jié)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(cè)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(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)加固方案時(shí)，選擇的既有建筑的外觀以及施工現(xiàn)場(chǎng)允許的結(jié)構(gòu)部位設(shè)置防屈曲支撐及其連接框架。并且將增設(shè)的防屈曲支撐安置在附加鋼筋混凝土框架平面內(nèi)，以防止增設(shè)的支撐對(duì)既有框架結(jié)構(gòu)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(shè)置防屈曲支撐的位置不能影響使用，附加結(jié)構(gòu)的所有參數(shù)根據(jù)設(shè)定的加固目標(biāo)(多遇地震作用下，主體以及加固框架均處于彈性狀態(tài);設(shè)防烈度地震作用下防屈曲支撐消耗地震能量，主體結(jié)構(gòu)允許開(kāi)裂但不能屈服;罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌)進(jìn)行計(jì)算得出的，附加的結(jié)構(gòu)必須參與既有鋼筋混凝土框架的減震計(jì)算。

4 具體實(shí)試驗(yàn)方案及結(jié)果

4．1 防屈曲支撐加固框架的模型設(shè)計(jì)

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(cè)，這樣做的目的是防治試驗(yàn)帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)。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(huì)使結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度相同，屈服時(shí)層間側(cè)移角相同。

4．2 試驗(yàn)結(jié)果

基于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?duì)稱(chēng)性，所以選取框架結(jié)構(gòu)具有代表性的南立面進(jìn)行現(xiàn)象描述，試件在南北面的開(kāi)裂情況是對(duì)稱(chēng)的。試驗(yàn)加載時(shí)，先施加拉力，然后施加推力。框架水平側(cè)移加載至6．3mm時(shí)，梁1、梁2端部出現(xiàn)裂縫。框架水平側(cè)移加載至11．56mm時(shí)，梁2端部出現(xiàn)4～10cm的長(zhǎng)裂縫，并有少許的裂縫貫穿梁底。框架水平側(cè)移加載至17．34mm時(shí)，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(diǎn)的核心區(qū)出現(xiàn)部分剪切裂縫。加固結(jié)構(gòu)中防屈曲支撐發(fā)揮了很好地效能作用，而且在另一個(gè)方面，承載力得到了大幅度的提高，對(duì)純鋼筋混凝土框架的保護(hù)效果是很好地，而且其剛度以及延性都良好。另外，根據(jù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)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(duì)純框架的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，使用附加防屈曲支撐鋼筋混凝土框架對(duì)既有鋼筋混凝土框架進(jìn)行減震加固，這樣可以提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，還能較少內(nèi)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(jī)制，明顯的增加了既有框架的抗震性能，另外水平荷載-結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線飽滿(mǎn)，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(jié)構(gòu)的抗倒塌性能增加。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，防屈曲支撐加固既有鋼筋混凝土框架對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的抗震性能有所提高，適合推廣使用。

［1］吳徽，張國(guó)偉，趙健，等．防屈曲支撐加固既有RC框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究［J］．土木工程學(xué)報(bào)，2013(7)．

［2］顧爐忠，高向宇，徐建偉，等．防屈曲支撐混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011(7)．