淺談外包鋼加固的加兩層鋼框架結構的有限元模型的建立

蒲靜

摘 要：以實際工程為背景，在驗證有限元分析的正確性的基礎上，建立原有三層鋼筋混凝土結構（YSC）模型，加兩層鋼框架結構（JLC）模型，外包鋼加固的加兩層鋼框架結構（WBGJLC）模型，為后后面研究外包鋼加固對加層結構的抗震性能的影響打好基礎。

關鍵詞：加兩層鋼框架;外包鋼加固;抗震性能

1 緒論

土地作為城市化和城市建設的載體，支撐著每一項城市化過程和城市經濟社會活動。隨著全球經濟加速發展，促使人們對建筑功能和居住條件要求的提高，住宅建筑需要較大的室內活動中心，商業建筑需要較大空間的會議室，而現有的低層和多層的建筑已不能滿足人們的需求。如何開辟新的發展空間、地域范圍和保護環境已成為各大都市可持續發展的必然要求。在這些疑問下出現在原有結構上加鋼結構這一方法，有效的解決了以上問題。[1]

但是加層結構的上部結構和下部結構的剛度有著很大的差別，使得上部結構與下部結構的連接處成為薄弱層，[2]則需要對下部結構進行加固。對下部為鋼筋混凝土結構的加固的方法有：加大截面加固法、外包鋼加固法、碳纖維布加固法、外部粘鋼加固法、預應力加固法、改變結構傳力途徑加固法、錨貼鋼材加固法、增補受拉鋼筋加固法。[3]本文將采用外包鋼加固法對加兩層鋼框架結構進行加固。外包鋼加固是在上部輕鋼結構和下部結構的鋼筋混凝土結構的連接層的梁柱節點核心區端500mm及柱端500mm范圍內黏貼鋼板，將梁端用角鋼包住，并用鋼板焊接將其拉結，然后使用粘鋼膠將鋼板與混凝土之間的空隙填滿;節點柱則用焊接鋼板與膨脹螺栓共同固定角鋼，并使用粘鋼膠將鋼板與混凝土之間的空隙填滿，如圖1所示。運用ABAQUS有限元軟件建立外包鋼節點模型如圖2。

2 有限元整體模型的建立

某辦公樓長度為16.8m，寬度為7.2m，層高為3.6m。其結構平面布置圖如圖3所示。運用ABAQUS有限元軟件建立原有三層鋼筋混凝土結構模型（YSC），加兩層鋼框架結構模型（JLC），外包鋼加固的加兩層鋼框架結構模型（WBGJLC）如圖3。

本次模型分析中，混凝土本構關系采用塑性損傷模型;鋼板和鋼筋本構關系都采用其中的雙線性隨動強化模型。對于單元類型，混凝土、鋼柱采用三維八節點減縮積分格式的實體單元（C3D8R）;鋼筋采用三維2節點線性桁架單元（T3D2）;外包鋼采用四節點減縮積分殼單元（S4R）。對于相互之間的作用，鋼柱底板與混凝土柱之間的接觸設置為綁定約束（Tie）;由于外包鋼與混凝土之間是用粘鋼膠連接，所以在本次模擬中將外包鋼與混凝土柱和梁之間的接觸設置也為綁定約束（Tie）;對鋼筋使用嵌入區域約束（Embeded ergion）嵌入混凝土中，不考慮兩者之間的粘結滑移。

構件截面尺寸見下表，其中，Z1、L1～L3 為原鋼筋混凝土柱梁，GZ1、GL1～GL4為加層鋼柱、鋼梁。外包鋼WB1～WB3厚度為2mm，外包角鋼WBJG1～2為50mm×50mm，WBJG1長度為500mm，WBJG2長度為1000mm。

3 結語

外包鋼加固法適用于不能過大增加混凝土結構構件截面尺寸，而又需要大幅度提高其承載力、增大其剛度和延性。一般用于鋼筋混凝土承重構件等，尤其適用于加固大型和大跨度結構。這種方法的優點是受力可靠，工期短，現場工作少，施工方便;缺點是用鋼量的增大而提高成本。

參考文獻：

[1]王璇.混凝土結構頂部鋼結構加層的參數分析[D].同濟大學，2008.3.

[2]王維.建筑輕鋼增層結構與既有結構共同作用分析[D].西安科技大學，2008.4.

[3]趙磊.鋼筋混凝土框架加層改造中的加固方法及應用研究[D].西安科技大學，2009.