混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)分析與抗震加固方式研究

崔 炫

(商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000)

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混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)分析與抗震加固方式研究

崔 炫

(商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000)

分析了混凝土結(jié)構(gòu)單元在不同地震作用下的受力狀態(tài)，介紹了混凝土結(jié)構(gòu)薄弱單元的判定方法，并在此基礎(chǔ)上闡述了混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的抗震加固措施，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。

混凝土結(jié)構(gòu)，薄弱環(huán)節(jié)，抗震加固，受力狀態(tài)

1 混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)分析

1.1 結(jié)構(gòu)單元在不同地震作用下的受力狀態(tài)

1)彈性力。混凝土是由多種原材料按照一定的比例拌制而成的非勻質(zhì)性復(fù)合材料，在地震荷載的作用下，其受力狀態(tài)較為復(fù)雜。為便于研究，采用單元內(nèi)力與位移關(guān)系進(jìn)行分析，如圖1所示。

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受到的荷載作用力較小時(shí)，單元處于彈性狀態(tài)，這種狀態(tài)與圖1中的OA段相對(duì)應(yīng)，當(dāng)外界荷載增大之后，單元會(huì)從原本的彈性狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄誀顟B(tài)，并在出現(xiàn)塑性鉸后中止，也就是圖1中的B點(diǎn)，該點(diǎn)的承載力等同于QB，即單元的極限承載力，而與QB相對(duì)應(yīng)的變形為圖1中的ΔB。當(dāng)ΔB出現(xiàn)之后，整個(gè)單元會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆苄誀顟B(tài)，而變形達(dá)到極限之后，即圖1中C點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，單元會(huì)隨之破壞。相關(guān)研究結(jié)果顯示，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開(kāi)裂之后，其本身所承受的拉應(yīng)力會(huì)從開(kāi)裂的位置處被釋放，在這一前提下，混凝土中鋼筋的拉應(yīng)力則會(huì)突增，其荷載變形曲線會(huì)從原本的線性轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性。在實(shí)際的分析過(guò)程中，取QA約為QB的70%～90%。假定受到剪切作用力破壞的混凝土結(jié)構(gòu)單元QA=0.9QB；受彎屈服后剪切破壞的單元QA=0.7QB，根據(jù)極限抗彎承載力和極限抗剪承載力可計(jì)算出單元的極限承載力，在此基礎(chǔ)上便可計(jì)算出單元的彈性極限承載力。

2)與彈塑性對(duì)應(yīng)的地震加速度。由于梁柱墻等混凝土單元的受力狀態(tài)較為復(fù)雜，當(dāng)外部荷載增加或是受到地震作用時(shí)，彎矩或剪力都極有可能先達(dá)到彈性變形極限，混凝土單元的彎和剪存在相互影響的關(guān)系，無(wú)論誰(shuí)先達(dá)到彈性極限，只要地震荷載作用力持續(xù)不斷地增大，便有可能導(dǎo)致單元進(jìn)入到塑性狀態(tài)，這一觀點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)大量的理論和實(shí)踐進(jìn)行證明。如果結(jié)構(gòu)單元的彎矩達(dá)到彈性極限，那么便可得到式(1)：

MDL+AmeME=Me

(1)

其中，MDL為重力荷載代表值作用下單元的彎矩；ME為小震作用下的彎矩；Me為彈性極限彎矩,可取0.7My，My為結(jié)構(gòu)單元的極限彎矩；Ame為結(jié)構(gòu)單元彎矩達(dá)到彈性極限與之相對(duì)應(yīng)的地震加速度的放大倍數(shù)。

3)地震加速度。表1給出了與不同地震類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的地震加速度數(shù)值。

表1 不同建筑重要性對(duì)應(yīng)的地震加速度

1.2 薄弱單元判斷

對(duì)于地震荷載作用下發(fā)生破壞的混凝土結(jié)構(gòu)單元全部可認(rèn)定為薄弱單元，然而，有些單元雖然在地震荷載作用下并未破壞，但卻進(jìn)入了塑性狀態(tài)，即接近破壞。鑒于地震動(dòng)具有隨機(jī)發(fā)生性和偶然性，因此很難確保所選的地震動(dòng)參數(shù)與實(shí)際情況相符，為便于分析，本文中的地震動(dòng)參數(shù)均是以反應(yīng)譜法獲取的，雖然通過(guò)這種方法可以獲得相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)，但其無(wú)法反映出地震發(fā)生時(shí)，峰值加速度脈沖的作用結(jié)果，也就是說(shuō)，得到的地震動(dòng)參數(shù)并不全面。為使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，并盡量與實(shí)際情況相符，可將所有接近于破壞的單位全部認(rèn)定為有可能發(fā)生破壞的單元，即抗震力小于其值的10%，可認(rèn)定該單元為薄弱環(huán)節(jié)。

2 混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的抗震加固方式與方法

2.1 對(duì)需要加固的樓層進(jìn)行科學(xué)確定

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，各個(gè)樓層的抗震能力會(huì)受諸多方面因素的影響，其中主要因素包括：截面尺寸、配筋情況以及荷載承受能力等，所以使得各樓層的抗震能力存在一定差異。在基于強(qiáng)度與延性的抗震能力評(píng)估模式下，混凝土結(jié)構(gòu)薄弱層的具體判定依據(jù)如下：即該樓層所能抵抗地震的加速度小于目標(biāo)地震加速度，或不超過(guò)目標(biāo)地震加速度的10%。在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱層進(jìn)行抗震加固時(shí)，要先制定加固目標(biāo)，即通過(guò)抗震加固，保證薄弱樓層具備抵抗目標(biāo)地震加速度的能力，與目標(biāo)地震加速度相比，實(shí)際可抵抗的地震加速度超過(guò)其10%。在發(fā)生地震時(shí)，不同樓層遭受破壞的程度不同。雖然某樓層并非屬于薄弱樓層，但是該樓層中的所屬單元遭受了破壞，所以必須對(duì)已經(jīng)破壞的單元進(jìn)行加固。但是這種加固方法不能提高薄弱樓層的抗震能力，只能使非薄弱樓層的抗震能力有所增強(qiáng)。

2.2 對(duì)加固單元進(jìn)行合理選擇

當(dāng)確定結(jié)構(gòu)單元為薄弱環(huán)節(jié)時(shí)，其在地震荷載的作用下將會(huì)出現(xiàn)不同程度的破壞，如果薄弱單元的數(shù)量較多時(shí)，必須有選擇性地進(jìn)行加固。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加固的目的是保證單元在地震時(shí)不發(fā)生破壞。依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，在地震發(fā)生時(shí)，允許部分結(jié)構(gòu)單元出現(xiàn)破壞，但整體樓層必須具備抗震能力。在抗震加固中，如果對(duì)每個(gè)薄弱單元均進(jìn)行加固處理，這種做法雖然會(huì)使薄弱單元以及整個(gè)薄弱樓層的抗震能力得到提升，但是由于建筑結(jié)構(gòu)本身已經(jīng)達(dá)到了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求，所以會(huì)造成不必要的加固成本支出。同時(shí)，這種做法還會(huì)增加樓層荷載，對(duì)未加固處理的單元?jiǎng)偠确植荚斐梢欢ǔ潭扔绊憽Ｒ虼耍诩庸探ㄖY(jié)構(gòu)的薄弱樓層時(shí)，只需要加固薄弱單元即可。

在地震作用下，建筑薄弱單元的破壞順序是不同的，最先出現(xiàn)塑性鉸的單元為抗震能力最差的單元，在該單元出現(xiàn)破壞后會(huì)加速其他單元的破壞，所以必須先對(duì)該單元進(jìn)行抗震加固，保證其達(dá)到抗震要求。此外，在單元加固中，要先加固薄弱剪力墻，而后加固薄弱框架，從最弱的抗震能力單元進(jìn)行加固，直至整個(gè)薄弱樓層達(dá)到抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在混凝土結(jié)構(gòu)中不可避免地會(huì)存在一些薄弱環(huán)節(jié)，正常使用中，這些薄弱環(huán)節(jié)一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但如果受到地震荷載作用，薄弱環(huán)節(jié)將會(huì)被嚴(yán)重破壞，由此會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成影響。為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)，選擇抗震加固方式，從而達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。

[1] 李 贊,李龍龍.型鋼與混凝土組合梁柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與深化設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究,2017(3):47-49.

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On analysis of weak steps of concrete structures and seismic consolidation approaches

Cui Xuan

(ShangluoCollege,Shangluo726000,China)

The paper analyzes the stress status of the concrete structure unit under various seismic effects, introduces the judgment methods for the weak steps of the concrete structures, and illustrates the seismic consolidation of the weak parts, so as to improve the seismic performance of the concrete structure.

concrete structure, weak part, seismic consolidation, stress status

1009-6825(2017)13-0046-02

2017-02-26

崔 炫(1987- )，男，碩士，助教

TU375

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