淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固方法

【摘 要】我國是世界上地震活動最強(qiáng)烈和地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。地震具有強(qiáng)烈的破壞作用，并容易引發(fā)一系列的次生災(zāi)害而導(dǎo)致極其嚴(yán)重的后果。對現(xiàn)有建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計及對已有建筑物進(jìn)行抗震加固，避免地震中建筑物破壞造成的巨大損失，是必要而且迫切的。本文闡述了抗震加固的基本原則，總結(jié)分析了國內(nèi)抗震加固方法的特點(diǎn)和適用范圍以及加固方法的研究進(jìn)展，以及未來抗震加固的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；抗震加固；加固技術(shù)；加固方法

1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固常用方法

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震破壞形態(tài)表現(xiàn)為柱的破壞、梁的破壞、剪力墻的破壞、樓梯間的破壞、填充墻的破壞等。國內(nèi)現(xiàn)在對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固主要分為三大類：（1）直接加固梁、柱構(gòu)件的方法，如增大截面法等；（2）改變結(jié)構(gòu)受力體系的方法，如增設(shè)剪力墻或翼墻等；（3）近年來發(fā)展起來的新型抗震加固技術(shù)。

2.目前在抗震加固中采用的具體方法有

2.1構(gòu)件加固

（1）增大截面加固法。增大截面加固法又稱外包混凝土加固法，是通過在原混凝土構(gòu)件外，疊澆新的鋼筋混凝土，增大構(gòu)件的截面面積和配筋，大幅度提高被加固構(gòu)件的承載力、剛度、延性和降低柱子的長細(xì)比，來達(dá)到減輕地震作用的目的。此方法主要適用于鋼筋混凝土受彎和受壓構(gòu)件加固，采用常規(guī)施工方法，易于控制和檢測施工質(zhì)量，耐久性好。

（2）外包型鋼加固法。外包型鋼法是在鋼筋混凝土梁、柱四周包以型鋼的一種加固方法。對于矩形構(gòu)件大多在構(gòu)件四角包角鋼，橫向用箍板連接；對于圓形構(gòu)件，多用扁鋼加套箍的辦法加固。采用外包型鋼加固時，應(yīng)采用乳膠水泥、環(huán)氧樹脂膠黏劑進(jìn)行灌注，使新加型鋼與原構(gòu)件形成整體共同工作， 外包型鋼（角鋼或槽鋼）加固法適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土梁、柱加固。

（3）置換混凝土加固法。置換混凝土加固法主要是針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)裂損或混凝土存在蜂窩、孔洞、夾渣、疏松等缺陷，或混凝土本身強(qiáng)度偏低，而采用挖補(bǔ)的辦法用優(yōu)質(zhì)的混凝土將這部分劣質(zhì)混凝土置換掉，達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)基本功能的目的。置換混凝土加固法適用于構(gòu)件受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等承重構(gòu)件，加固后不改變結(jié)構(gòu)原貌，不改變使用空間，也不增加荷載，但是新舊混凝土的粘結(jié)能力較差。

（4）粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固法是用膠黏劑 把薄鋼板粘貼在混凝土構(gòu)件的表面，使薄鋼板與原混凝土構(gòu)件形成一個良好的整體，均勻受力，不產(chǎn)生應(yīng)力集中，一起協(xié)同工作。它適用于承受靜荷載的受彎構(gòu)件、受拉構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件，能在較小增加剛度的條件下，大幅度的提高結(jié)構(gòu)的承載力、抗裂性、延性，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（5）外加預(yù)應(yīng)力加固法。外加預(yù)應(yīng)力加固法是指采用預(yù)應(yīng)力筋對建筑物的梁、板、柱或桁架進(jìn)行加固的方法。這主要是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的負(fù)彎矩抵消了一部分荷載彎矩，致使梁或板的彎矩減小。這種方法施工簡便，基本不增加梁、板截面高度，不影響使用空間，且提高了梁、板的抗彎抗剪承載力，改善了其在使用階段的性能。

（6）增設(shè)支點(diǎn)加固法。增設(shè)支點(diǎn)加固法是通過增設(shè)支點(diǎn)以減小被加固結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的跨度和位移，來改變結(jié)構(gòu)不利受力狀態(tài)的一種間接加固方法。這種方法適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)的加固，按支撐結(jié)構(gòu)受力性能的不同可分為剛性支點(diǎn)加固法和彈性支點(diǎn)加固法兩種。

2.2結(jié)構(gòu)加固

（1）增設(shè)剪力墻加固法。對于框架結(jié)構(gòu)而言，在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)一定數(shù)量的剪力墻，原框架結(jié)構(gòu)變成框架剪力墻結(jié)構(gòu)，提高了結(jié)構(gòu)的側(cè)向抗剪能力和側(cè)向剛度，改善整個結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)性能，從而達(dá)到抗震加固的目的。

（2）增設(shè)翼墻加固法。增設(shè)翼墻加固法是一種新型技術(shù)，這種方法主要用來加固框架柱，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在柱和柱之間無法增設(shè)剪力墻時，可采用增設(shè)翼墻法，即在原有柱的柱側(cè)增設(shè)一段剪力墻，使柱形成帶翼緣的構(gòu)件，增加柱的抗震能力，從而提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。目前我國正在推廣使用的是預(yù)制混凝土構(gòu)件的裝配式翼墻。

（3）增設(shè)鋼框架斜撐加固法。增設(shè)鋼框架斜撐加固法與增設(shè)剪力墻加固法有許多相似之處，主要是通過新設(shè)置的剛框架斜撐承擔(dān)結(jié)構(gòu)體系中部分地震側(cè)向力，以提高結(jié)構(gòu)水平抗剪能力，增加側(cè)向剛度。同時鋼支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高適中，并具有充分的延性和耗能能力，特別適合于加固多、高層框架結(jié)構(gòu)。按斜撐的位置可分為內(nèi)部增設(shè)斜撐和外部增設(shè)斜撐。

（4）增設(shè)外部框架加固法。當(dāng)結(jié)構(gòu)本身不具有足夠的抵抗水平力的能力，但原建筑又因空間使用原因無法無法設(shè)置剪力墻或斜撐時，可采用設(shè)置外部框架加固法，利用新框架承擔(dān)一部分地震力來改善建筑物抗震性能。

2.3新型加固方法

（1）隔震。隔震加固方法中，隔震裝置可以設(shè)置在待加固結(jié)構(gòu)的不同位置，比如基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，樓層之間等，也可以設(shè)置在建筑物的頂層，同時起到結(jié)構(gòu)加層和抗震加固的目的。目前，應(yīng)用較多的隔震加固方法是基礎(chǔ)隔震，即通過在建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置某種隔震裝置，以減小地震作用時建筑物上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。隔震裝置具有很大的豎向剛度和相對較小的水平剛度，建筑物在大震作用時，地震作用由基礎(chǔ)傳到隔震裝置，隔震裝置率先進(jìn)入塑性狀態(tài)，大量吸收或隔離地震能量，隔震裝置產(chǎn)生大變形，而上部結(jié)構(gòu)做近似剛體的運(yùn)動，整個上部結(jié)構(gòu)完全處于彈性狀態(tài)，減小了上部結(jié)構(gòu)的水平位移。此時，整個結(jié)構(gòu)體系的基本周期很大，結(jié)構(gòu)受到的地震作用相對較小。 橡膠支座是利用橡膠本身剛度小的特點(diǎn)，地震來臨時，通過延長結(jié)構(gòu)的固有自振周期，來達(dá)到減小地震作用的目的。

（2）消能減震。消能減震加固即是在結(jié)構(gòu)某些非承重部位（如支撐、節(jié)點(diǎn)、剪力墻、連接縫或連接件、主附結(jié)構(gòu)間、相鄰樓層等）安裝消能減震裝置，通過阻尼器產(chǎn)生摩擦、彎曲（或剪切、扭轉(zhuǎn)）的彈塑性變形來吸收或耗散傳入結(jié)構(gòu)中的能量來減少地震反應(yīng)。由于這一加固方法本身的優(yōu)點(diǎn)，相對于隔震加固，它限制更少，不受結(jié)構(gòu)類型和高度限制，且同時減小結(jié)構(gòu)的水平和豎向地震作用。選用消能減震技術(shù)進(jìn)行抗震加固時，只需在某些部位安裝阻尼器，不影響建筑使用空間，不改變建筑物原有風(fēng)貌，阻尼器及其連接支撐構(gòu)件可預(yù)先制作，現(xiàn)場安裝，施工方便，施工周期短，干擾性小，節(jié)約材料。在古建筑的抗震加固中，消能減震方法的運(yùn)用更為廣泛。

（3）被動控制減震加固。被動控制減震加固是運(yùn)用被動控制的基本原理，通過在房屋頂部設(shè)置調(diào)諧質(zhì)量，用來降低地震的破壞作用。這一加固技術(shù)經(jīng)常與房屋加層技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，可在不對下部結(jié)構(gòu)做出改變的情況下，對建筑物加層，新加的質(zhì)量采用隔震橡膠支座與已有建筑連接，從而減小了地震作用，實(shí)際效果相當(dāng)與對既有建筑物進(jìn)行了抗震加固。這一技術(shù)已在一些實(shí)際工程中加以運(yùn)用，如在一些建筑物的頂部設(shè)置一定質(zhì)量的水箱，即是被動調(diào)諧質(zhì)量。

（4）主動控制減震加固及混合控制減震加固。這一技術(shù)尚待進(jìn)一步研究完善。

3.小結(jié)

傳統(tǒng)的加固方法依然是我國目前進(jìn)行抗震加固的主要方法，其操作簡單，造價相對低廉。但隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜化，這些傳統(tǒng)的方法逐漸暴露出其局限性。新型的抗震加固方法雖然對科技的要求相對較高，靈活性更大，但是適用性更強(qiáng)。隨著抗震理論的不斷發(fā)展完善，抗震研究的不斷深入化，抗震加固的方法已經(jīng)從傳統(tǒng)的方法不斷趨于多樣化。目前已經(jīng)新發(fā)展了許多抗震加固新方法及抗震加固新材料。隔震和消能減震技術(shù)的發(fā)展，也帶來了新一輪的抗震加固方法的改革，基于性能的抗震設(shè)計也將得到進(jìn)一步的研發(fā)和重視，從而應(yīng)用到今后更多的建筑結(jié)構(gòu)抗震加固中。