PKPM軟件在外加板墻和墻體粘鋼對磚砌體房屋抗震性能中的應(yīng)用

王思敏,于兆源,孫瀾曦,史 欣

（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京,100144）

PKPM軟件在外加板墻和墻體粘鋼對磚砌體房屋抗震性能中的應(yīng)用

王思敏,于兆源,孫瀾曦,史 欣

（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京,100144）

采用外加板墻和墻體粘鋼兩種方式對普通磚砌體房屋進行加固，通過對動力特性試驗和抗震性能進行仿真試驗的研究，總結(jié)歸納外加板墻和墻體粘鋼兩種加固方式下對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。對磚砌體房屋進行加固后，磚砌體房屋磚墻的局部變形得到改善，加固效果顯著。

磚砌體房屋；抗震性能；板墻；粘鋼

0 引言

我國現(xiàn)存大量建造于上世紀六七十年代的磚砌體房屋，這些房屋大都沒有進行合理抗震設(shè)計，不滿足現(xiàn)行規(guī)范的抗震設(shè)防，難以抵御強烈地震的襲擊，面對現(xiàn)如今頻繁發(fā)生的地震，我們的房屋被毀數(shù)量在多不在少，很少有房屋在面臨地震的摧殘下長久屹立不倒，由此也造成了嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。近年來，全國各地的磚砌體房屋大都進行了加固，加固的方式不一，但主要以外套加固法和增設(shè)梁柱法為主。本文主要總結(jié)歸納了外加板墻和墻體粘鋼兩種加固方式下對普通磚砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。

1 外加板墻加固式

鋼筋混凝土板墻加固砌體房屋是抗震加固措施之一。顧名思義，這種在砌體一側(cè)或者兩側(cè)增設(shè)混凝土組合層的加固方式，使墻體在平面內(nèi)外的抗彎強度以及抗剪強度都得到了大幅度的提升，非常適用于增幅較大的抗震加固。由于砌體結(jié)構(gòu)脆性大，其變形能力差，在高強度的地震作用下極易開裂，從而影響到了墻體整體的強度，造成其支撐能力減弱。進一步再講，如果房屋下部開裂錯位，勢必會造成上部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，這對于較高的砌體房屋危害更大。而外加板墻這一加固方式，可以減緩砌體本身特點帶來的危害。在墻體錯位開裂的情況下，雙側(cè)的外加板墻把由于地震作用造成錯位的幅度降到最低，使墻體整體的強度不至于受到大的威脅。但是近年來國內(nèi)外學(xué)者對于砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的研究主要集中于碳纖維布加固砌體結(jié)構(gòu)、高強鋼絞線聚合物砂漿加固砌體以及鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固砌體等新型加固材料的應(yīng)用及新型加固技術(shù)方面。匯總?cè)缦拢?/p>

1.1 混凝土板墻加固。混凝土板墻加固磚砌體是一種傳統(tǒng)而有效的加固技術(shù)，早期的研究肯定了混凝土板墻加固對于砌體墻片抗剪承載力的增強作用，近年來有學(xué)者在自密實混凝土板墻加固低強度砂漿磚砌體的試驗中，通過 6 個墻片的全尺寸試驗，研究了在豎向壓力、單雙面加固、配筋形式等參數(shù)影響下，自密實混凝土板墻加固低強度砂漿磚砌體的抗剪性能。通過試驗發(fā)現(xiàn)，低強度磚砌體經(jīng)自密實混凝土板墻加固后，抗剪強度和抗側(cè)剛度都有很大的提高，加固后墻體具有良好的延性，滯回耗能能力增強，磚砌體的抗震性能有了很大提高。

1.2 碳纖維布加固。碳纖維布加固砌體結(jié)構(gòu)是一種新型加固方法，近年來有眾多機構(gòu)學(xué)者對碳纖維加固技術(shù)進行研究，其中清華大學(xué)的葉列平教授帶領(lǐng)的課題組進行了比較系統(tǒng)的研究，他們通過碳纖維布加固磚砌體在水平周期反復(fù)荷載試驗的基礎(chǔ)上，分析了碳纖維布加固磚砌體的約束和抗倒塌機理;通過對不同階段的受力性能等問題的研究，建立了碳纖維應(yīng)變與墻體側(cè)向位移及墻體抗震剪切強度之間的關(guān)系;通過分析橫向、豎向、斜向不同角度粘貼碳纖維試驗結(jié)果，研究了不同粘貼角度、粘貼面積百分比對墻體承載能力和變形能力的影響，提出了碳纖維加固墻體承載能力和變形能力的計算方法，最后提出在不同加固目標下，碳纖維最優(yōu)粘貼角度及改進的加固方法。同時，在不同砂漿強度和高寬比的兩批構(gòu)件試驗中，驗證了碳纖維加固磚砌體墻能有效提高抗裂性能及受剪承載力。

1.3 高強鋼絞線 － 聚合物砂漿加固。高強鋼絞線 － 聚合物砂漿加固技術(shù)也是一種新型的加固技術(shù)，有眾多的機構(gòu)學(xué)者參與其研究，并取得了不少成果。其中，中國建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所王亞勇研究員、姚秋來研究員所在的課題組對高強鋼絞線 － 聚合物砂漿加固磚砌體進行了系統(tǒng)的研究。通過研究得出，高強鋼絞線 － 聚合物砂漿加固磚砌體能有效地提高墻體的極限承載力，能大大改善墻體的延性，并有效阻止剛度退化，提高墻體的能量消耗能力，從而提高了墻體的抗震性能。最后提出了高強鋼絞線 － 聚合物砂漿加固墻體的抗剪承載力計算公式 。其理論分析和試驗研究為抗震加固技術(shù)規(guī)程的制定和實際工程提供了有力的支持。

2 墻體粘鋼加固式

墻體粘鋼加固的原理是利用結(jié)構(gòu)膠所具有的抗剪切能力，將構(gòu)件所受到的部分荷載傳遞給與構(gòu)件粘結(jié)在一起的鋼板上，這樣就形成了粘結(jié)在構(gòu)件上的鋼板和原有的構(gòu)件一起承受外部所施加的荷載作用。

在磚混結(jié)構(gòu)中，其豎向承重構(gòu)件都是由磚或者是砌塊砌筑而成，因此在磚混結(jié)構(gòu)的建筑中，其大部分是磚墻承重結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)的建筑有房間的使用面積小，開間的進深較小，建筑層數(shù)少，抗剪切能力較差等特點。一般對于80年代左右的建筑進行加固的時候，起初大都選擇設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱來提高磚混結(jié)構(gòu)類建筑的結(jié)構(gòu)強度和剛度，后來繼而出現(xiàn)了粘鋼技術(shù)來提高建筑物的強度。僅將二者進行比較，會發(fā)現(xiàn)粘鋼具有很大的優(yōu)勢。它在能滿足設(shè)計強度剛度等級的要求下，施工工藝簡單，在現(xiàn)場操作方便并且無需大型機械設(shè)備參與施工；粘鋼所達到的預(yù)期效果更好，用高強度鋼板加固后可以使建筑的結(jié)構(gòu)強度和剛度大幅度提升；施工的工期短，對人類正常的生產(chǎn)生活影響小；達到同樣的結(jié)構(gòu)強度所需的鋼板質(zhì)量遠小于所需的鋼筋混凝土的質(zhì)量，不會產(chǎn)生較大的自重來增加建筑物基礎(chǔ)的壓力；結(jié)構(gòu)層的厚度小，不會很大的影響到房屋的使用面積和整體布局。

在粘鋼技術(shù)中需要注意的是在粘鋼之前的準備工作。先對需要加固的構(gòu)件進行處理，有裂縫的地方需要用適當?shù)牟牧蠈⒘芽p進行封閉處理；加固前在混凝土結(jié)合面一側(cè)進行打磨處理，需根據(jù)混凝土老化程度決定打磨深度，打磨后需露出整平的新面，在鋼板結(jié)合面一側(cè)進行除銹和粗糙處理；涂粘結(jié)劑時做到中間厚邊緣薄；粘好鋼板后用手錘輕輕地敲擊鋼板，避免空鼓出現(xiàn)，若出現(xiàn)則需重新粘結(jié)。

在徐震編寫的《粘鋼加固工程施工方法》中，提到了粘鋼經(jīng)常用于施工房屋加固的用途特性，而單純的磚砌體房屋，是靠磚，砂漿，水泥等相粘結(jié)，房屋整體強度穩(wěn)定性一般，在抵御抗震性能方面，抗震性較差，而使用墻體粘鋼加固的磚砌體房屋，在抗震方面強化了很多，提高了結(jié)構(gòu)整體強度，使它可以更加完善對于抵抗彎矩，剪力和拉力等外力的破壞因素。而且從李金生所編寫的《淺析房建工程中的粘鋼加固技術(shù)》中也可以論述這點，他的文章便是提到了粘鋼使用的簡易性和整體穩(wěn)定性。對于磚砌體房屋而言，使用某些加固技術(shù)會增加內(nèi)部荷載，但是使用墻體粘鋼技術(shù)，不會增加額外荷載，而外加板墻加固會增加荷載，粘鋼也會增加原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且也會增加原有結(jié)構(gòu)的抗開裂性，從簡易性上看，它的制造周期相對較短和節(jié)約成本，因為不需要更改原有磚砌體房屋結(jié)構(gòu)。張繼紅編寫的《淺談?wù)充摷夹g(shù)在抗震加固中的應(yīng)用》中，再一次論證了墻體粘鋼對于磚砌體房屋加固的重要性，5.12的汶川地震證明了單獨的磚砌體結(jié)構(gòu)不足以抵抗地震，而工程師在災(zāi)后修復(fù)時，有一部分磚砌體采用了墻體粘鋼技術(shù)，說明了這種技術(shù)的普遍被認可性和穩(wěn)定性。綜上所述，墻體粘鋼可使磚砌體房屋增加抗震性，抗拉性，抗剪性，和增強穩(wěn)定性，節(jié)省時間，成本，人力等特性。

3 結(jié)論

通過總結(jié)歸納外加板墻和墻體粘鋼兩種加固方式下對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，外加板墻的幾種加固方式和墻體粘鋼從不同方面對磚砌體結(jié)構(gòu)進行了不同程度的加固。

[1]李春香.磚砌體鋼筋仝板墻加固法應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2010（23）：2-3.

[2]康艷博，鞏正光，宋紅，等.混凝土板墻加固磚墻抗震性能綜述[J].工程抗震與加固改造，2010，32（4）:80-85.

[3]徐震.粘鋼加固工程施工方法[J].山西建筑，2012,38(1):104-105.

[4]李金生.淺析房建工程中的粘鋼加固技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014(16).

[5]張繼紅.淺談?wù)充摷夹g(shù)在抗震加固中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009, 35(14):56-58.

王思敏，1995，女，山東煙臺，在讀學(xué)生，研究方向：結(jié)構(gòu)抗震

2.3 具體試驗分析。在對110kV及以上GIS設(shè)備進行檢修試驗分析過程中，需要對參與試驗的設(shè)備及相關(guān)參數(shù)信息進行把握。本文研究GIS設(shè)備主回路絕緣檢修試驗時，選擇的主設(shè)備為串聯(lián)型諧振電抗器，其他設(shè)備為5000V兆歐表。電抗器電壓為200kV，電容分壓器的額定電壓值為200kV，變頻電源的頻率范圍在30-300Hz。在進行GIS設(shè)備主回路絕緣檢修試驗過程中，首先需要對試驗設(shè)備進行組裝，并對隔離開關(guān)合閘、接地分閘、GT短路節(jié)點情況進行檢查；其次，利用5000V兆歐表對絕緣電阻進行測試，并保持GIS設(shè)備處于接地狀態(tài)；再次，根據(jù)GIS設(shè)備試驗規(guī)則，對GIS設(shè)備進行變頻耐壓試驗；最后，耐壓試驗過程中，對GIS設(shè)備的局部放電情況進行監(jiān)測，并對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計。GIS設(shè)備主回路絕緣檢修試驗過程中，需要將UHF傳感器放置在GIS設(shè)備的絕緣子上，并且考慮到試驗過程中可能出現(xiàn)電壓過高的情況，需要對傳感器利用屏蔽布進行包裹，保證GIS檢修試驗?zāi)軌蝽樌倪M行。

3 結(jié)論

在對110kV及以上GIS設(shè)備檢修試驗過程中，要注重對GIS設(shè)備的特征進行把握，保證在檢修過程中，能夠具有較強的針對性，從而對GIS設(shè)備的性能進行較好的把握。在試驗過程中，需要保證GIS設(shè)備和試驗人員的安全性，做好充分的準確。同時，在對GIS設(shè)備試驗過程中，要對GIS設(shè)備試驗原理進行把握，并對具體的試驗步驟以及相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行有效地監(jiān)測，以保證GIS設(shè)備檢測試驗取得較好的效果。

參考文獻

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Application of PKPM Software in External Wall on Seismic Performance of Brick Masonry Building

Wang Simin,Yu Zhaoyuan,Sun Lanxi,Shi Xin
（1.School of Civil Engineering North China University of Technology，Beijing,100144）

Through the study of dynamic characteristic test and seismic performance test,it is concluded that two kinds of reinforcement methods,external wall and steel plate,are effective to the structure Seismic performance.After the brick masonry house is strengthened,the local deformation of the brick wall of brick masonry house is improved,and the reinforcement effect is remarkable.

Brick Masonry Building;Seismic Performance;external wall;steel plate

致謝:本項目由北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃“磚砌體房屋加固性能研究”資助，特此感謝。