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鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用

作者：jinyijiagu  來源：本站  發(fā)表時(shí)間：2020-7-13 20:19:44  點(diǎn)擊：1664

隨著社會(huì)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(shí)與研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，針對(duì)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(duì)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(qiáng)、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(zhǔn)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(jī)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?dú)w結(jié)于以下幾個(gè)方面：構(gòu)件損壞、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)破壞

目前，節(jié)點(diǎn)部位被普遍認(rèn)為是抗震設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)。國外已有大量的梁柱剛性節(jié)點(diǎn)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(diǎn)破壞

連接節(jié)點(diǎn)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(chǎng)施焊存在缺陷，最終導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)連接處的強(qiáng)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(diǎn)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(jìn)入塑性屈服狀態(tài)。螺栓連接支撐還可能出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)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(jìn)而引發(fā)低循環(huán)疲勞和構(gòu)件斷裂。因此，嚴(yán)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(duì)較強(qiáng)，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(jì)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(jì)原則宜合符：

①加固措施優(yōu)先加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗震性能。并針對(duì)具體損傷部位，進(jìn)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(shí)，需消除、減少局部加強(qiáng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度或強(qiáng)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(shí)，其強(qiáng)度的等級(jí)不應(yīng)低于原結(jié)構(gòu)材料的等級(jí)要求；其余的力學(xué)性能應(yīng)根據(jù)需求進(jìn)行確定。

⑤對(duì)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(duì)稱均勻。

⑥對(duì)局部存在薄弱、易損部位和結(jié)構(gòu)連接部位，應(yīng)加強(qiáng)局部設(shè)計(jì)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(xì)大的斜撐，在變形不大時(shí)，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(dāng)柱頭和柱腳桿件壓曲時(shí)，應(yīng)直接貼焊整塊鋼板進(jìn)行修補(bǔ)；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(shí)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。