現澆框架結構加固后強柱弱梁分析研究

摘要：基于某市某化工廠精萘框架結構加固工程，采用外包鋼法加固框架柱。對比分析加固后的，該工程加固柱的軸壓比，結構周期，層間位移角，并用SAP2000對結構進行靜力彈塑性分析（pushover），性能點位移，結構塑性鉸的發展情況，結構整體滿足“墻柱弱梁”的設計理念與要求，以便類似工程借鑒，服務于工程建設。

關鍵詞：錯層框架結構；抗震加固；靜力彈塑性分析

1、工程概況

某化工廠精萘框架建于1992年。采用混凝土框架結構體系A～D軸為單層框架，由于原設計標準不詳，通過鉆芯法和回彈法檢測出梁柱的混凝土強度等級為C25，主要結構構件的尺寸具體為：1）框架柱1，2層，中柱邊柱截面尺寸均為500×800。2）框架梁（kJ-1）11.480米截面尺寸均為400×1200，框架（kJ-2）8.980米截面尺寸均為400X1200，框架（KJ-3）8.980米框架梁截面尺寸均為400X800，框架（KJ-4）8.980米框架梁截面尺寸均為400X700?？v向梁間距均為300 X600.用pkpm建立的原結構模型?？蚣苤A為鋼筋混凝土獨立基礎，框架為露天無圍護結構。

計算荷載（（1）荷載種類① 恒載：包括結構構件自重等；② 活荷載：包括樓板荷載、積灰荷載、懸掛管道荷載等；③ 風荷載：④ 雪荷載：⑤地震作用：

（2）荷載取值 ① 地震作用：抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15g，場地類別為Ⅱ類。② 風荷載：基本風壓0.5KN/㎡；③ 雪荷載：基本雪壓0.4KN/㎡；

2、原結構檢測鑒定結論

（1）從現場檢查結果看，框架柱混凝土保護層開裂、脫落﹑鋼筋裸露嚴重銹蝕。

（2）原結構配筋率在結構強度折減之后仍符合要求，結構的X，Y方向層間位移角均小于規范規定的1/500，結構柱的軸壓比均小于0.75的要求。

（3）根據國標《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144-2008），對某化工廠精萘框架結構的現場檢查、檢測、計算及分析，得出可靠性鑒定結論如下：

某化工廠精萘框架目前結構部分構件破損嚴重，根據對框架結構的現狀檢查、現場檢測，在現有框架結構體系、現有荷載狀況下，可靠性評級等級為三級，該框架不符合國家現行標準規范的可靠性要求，影響整體安全，在目標使用年限內明顯影響整體正常使用，應采取措施，且可能有極少數構件必須立即采取措施。

上部結構抗震性能表明 ：結構彈性層間位移角、周期比、軸壓比、樓層抗剪承載力比值等指標均不滿足現行規范要求，且部分指標超出現行規范限值較多。原結構主要計算結果見表1

3、加固改造設計

3.1綜上所述建議采取以下措施：

（1）對有裂縫，保護層脫落的混凝土柱、平臺梁加以修補，鑿除破損的混凝土保護層，將外露鋼筋進行除銹處理，噴射灌漿料重新保護。

（2）對有鋼筋裸露銹蝕嚴重的混凝土柱、平臺梁需將外露鋼筋進行除銹處理，噴射灌漿料重新保護，后用角鋼及鋼板加固。對現狀缺陷評級為c和d級的混凝土梁柱進行加固。

3.2加固方案的選擇與節點構造設計

由于未改造前結構抗震性能己不滿足現行規范要求，加層前必須對原結構進行加固。根據檢測鑒定結果，原框架GB50011—2010）的要求。本工程采用

外包鋼法，施工技術先進、經濟效果好、加固質量高等四方面的特點。外包型鋼加固法具有施工簡單、受力可靠、現場工作量小等優點，本文綜合考慮場地條件，價格比，性能比等條件決定采用此方法。結構的梁和柱均采用規格為L160*16的等邊角鋼對其加固。

4、用SAP2000對加固后結構承載力的計算的審核

運用sap2000結構設計軟件對加固后的計算結果進行審核，結構的配筋率采用加固之前的配筋。

4.1結構塑性鉸的發展過程

為了研究結構在地震作用情況下塑性鉸的發展過程，本文運用sap2000在結構的Y方向施加了荷載步為十步，每一步荷載大小為300KN的水平荷載，以模仿地震荷載。結構上塑性鉸不同的顏色代表了塑性鉸的不同能力水平，粉紅色的塑性鉸（B）代表著結構發生屈服，深藍色（IO）的塑性鉸對應著結構處于直接使用狀態，淺藍色（LS）對應著結構處于生命安全狀態，淺綠色（CP）對應著結構處于防止倒塌狀態，黃色（C）對應著結構達到極限承載力狀態，橙色（D）對應著結構還有一定的殘余強度，可認為結構發生了破壞。其中在B階段之前塑性鉸為彈性變形，塑性鉸從B到破壞發生塑性變形。

在水平荷載到2400KN市，淺藍色和黃色的塑性鉸繼續增加，在F軸2-3梁上首先出現了橙色的塑性鉸，這意味著結構將發生破壞。

結論：從以上的過程可以看出，D-F軸的兩層框架結構較A-C軸的一層框架結構破壞更快，加固后的構件相對于未加固的構件來說塑性鉸出現較晚，布情況分別如所示。從圖1-4中可以明顯看出，結構在沿著Y向推覆過程中，塑性鉸全部出現在梁端，在柱端未出現任何塑性鉸。梁端塑性鉸的出現說明該加固設計很好地實現了“強柱弱梁”的概念設計，且梁端塑性鉸的出現在地震過程中能夠起到很好的耗能作用。

靜力彈塑性分析的結論

對于結構的A-D軸，結構的塑性鉸首先出現在未加固的梁端，隨著外力的增加，結構在加固的梁兩端，柱的兩端才漸漸出現塑性鉸。相對于A-D軸的塑性鉸；兩層結構的D-F軸塑性鉸的發展要快許多，結構最先出現破壞的薄弱環節在F軸上，且結構破壞時A-D軸沒有塑性鉸達到其最大承載力。

本文用外包型鋼加固法對結構部分構件進行加固，通過結構的靜力計算，加固的柱子軸壓比明顯降低，結構的整體剛度增加而導致周期減小。表明這種加固方式在修復了構件的同時還增加了結構的承載力和剛度。

通過對結構進行靜力彈塑性分析中塑性鉸的發展過程可知，結構在破壞過程中符合規范中“強柱弱梁”的要求，在不同的地震作用下，結構在達到性能點時的層間位移角也滿足規范的要求，說明結構滿足抗震規范中“大震不倒”的要求。

參考文獻：

[1]丁群，趙建昌高烈度地區框架加固加層抗震性能分析[J].低溫建筑技術，2013 （1） ：33-35

[2]羅凌霄，淺談鋼筋混凝上框架結構設計應注意的事項_汶川地震建筑震害啟示[J]建筑科學，2009（2）；101-101.