關(guān)于加固后鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的分析

方美霞 （繁昌縣瑞豐工程檢測技術(shù)咨詢有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241200）

1 引言

在工業(yè)化發(fā)展背景下，部分建筑功能有所改變，針對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)性開展了多種擴建形式，以期提升資源節(jié)約效果，減少施工消耗時間，加強經(jīng)濟成本控制效果。以原有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為起點，為其增設(shè)鋼框架，形成混合式結(jié)構(gòu)框架，作為應(yīng)用較為廣泛的擴建形式。

2 性能分析試驗設(shè)計

2.1 試件設(shè)計基礎(chǔ)情況

試件設(shè)計期間，確定為三種差異性結(jié)構(gòu)框架的鋼筋混凝土試件。三種試件名稱分別為試件一、試件二、試件三。三種試件框架參數(shù)配置具有一致性，跨度屬性確定為1200mm，高度屬性確定為1500mm?？蚣芰航孛娣e規(guī)格長為200mm、寬為160mm?？蚣苤孛嬉?guī)格長與寬均為160mm。

試件三的框架結(jié)構(gòu)為X型角鋼支撐，對其開展加固處理。試件二的加固形式為：使用混凝土剪力墻，厚度為50mm；在縱橫兩個方面，逐一完成單層配筋；剪力墻加固方式，是借助規(guī)格為10 mm螺紋鋼筋固定在框架上。在研究試件結(jié)構(gòu)性能期間，使用工字鋼、剪力墻兩種方式，分別從支撐、加固兩個視角，測定試件性能，分析性能包括試件性能結(jié)構(gòu)的破壞過程。

2.2 材料力學(xué)屬性

三個試件，均為混凝土材料，強度規(guī)格確定為C30?；炷恋牟牧狭W(xué)屬性如表1所示。鋼材料力學(xué)屬性如表2所示。

表1 混凝土的材料力學(xué)屬性

表2 鋼材料力學(xué)屬性

2.3 加載流程

運行電液伺服系統(tǒng)，針對試驗三個試件增加橫向荷載。作用器一側(cè)連接于反力墻，另一側(cè)使用高強螺桿固定在試件頂梁位置，橫向荷載經(jīng)由頂梁，將作用力傳遞給試件。試件地梁在地腳螺栓作用，在地面上處于固定狀態(tài)。在頂梁兩邊分別完成側(cè)向支撐設(shè)計，便于對抗加載程序中試件橫向形成的位置偏差。

在試驗開始前期，應(yīng)系統(tǒng)性檢查試件預(yù)加載情況，保障其加載、量測等應(yīng)用處于常態(tài)。試驗分別使用外作用力、位移相互交叉的控制方式，完成加載，試件在屈服前期，依據(jù)荷載控制效果，完成各類加載，每個等級循環(huán)一次荷載加載，在到達(dá)開裂荷載、屈服極限時，逐一減小加載值。當(dāng)試件發(fā)生較為明顯破壞現(xiàn)象時，停止試驗。

3 試驗方法

3.1 試件一

在加載初始時期，橫向荷載未達(dá)到15kN，其中推力為正值、拉力為負(fù)值。試件在此階段中尚未表現(xiàn)出裂縫問題。在荷載增加至15kN時，試件結(jié)構(gòu)頂部、底部兩個位置表現(xiàn)出細(xì)微裂縫問題。當(dāng)荷載值達(dá)到21kN時，框架頂部、底部橫向表現(xiàn)出新裂縫，梁柱節(jié)點位置表現(xiàn)出擴展式裂縫問題，裂縫具有交叉性，在框架底部、地梁連接固定位置均含有細(xì)微裂縫。

在荷載值增加至40kN時，試件一框架頂部、底部、中部各位置相繼形成新的橫向裂縫，梁柱節(jié)點位置表現(xiàn)出斜裂縫延展現(xiàn)象，框架達(dá)到屈服狀態(tài)，屈服期間產(chǎn)生位置偏差值為30mm。在此之后，開展位置偏差控制荷載增加的試驗，當(dāng)荷載值增加值66kN時，試件一框架整體表現(xiàn)出較大的裂縫，梁柱節(jié)點出現(xiàn)多種貫穿式裂縫，同時存在混凝土掉落現(xiàn)象，試件一的性能測試結(jié)束。

3.2 試件二

在荷載施加初始階段，橫向荷載未達(dá)到60kN時，試件二未表現(xiàn)出裂縫現(xiàn)象。當(dāng)荷載值增加至60kN時，在試件二加固剪力墻周邊產(chǎn)生細(xì)小裂縫。當(dāng)荷載值增加至80kN時，試件二框架柱底端位置形成橫向裂縫。當(dāng)荷載值增加至120kN時，試件二剪力墻裂縫數(shù)量、裂縫深度明顯增加。當(dāng)荷載值增加至140kN時，剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出兩個交叉式裂縫，梁柱節(jié)點位置表現(xiàn)出較多的細(xì)小裂縫。

當(dāng)荷載值增加至180kN時，剪力墻裂縫較多，分布在墻面整體區(qū)域，梁柱節(jié)點位置裂縫有所加深。構(gòu)件達(dá)到屈服時，屈服形成的位置偏差為18mm。在位置偏差控制施加荷載時，在位置偏差逐漸增加時，剪力墻裂縫、梁柱節(jié)點兩個區(qū)域的數(shù)量有所增加，同時與墻面交叉裂縫匯合，剪力墻表面混凝土發(fā)生自然掉落，鋼筋表現(xiàn)出屈服。當(dāng)荷載值增加至350kN時，剪力墻表現(xiàn)出較為嚴(yán)重的混凝土脫落現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)鋼筋斷裂，框架梁柱節(jié)點位置形成的裂縫較深，試件二橫向荷載承受能力驟降。

3.3 試件三

對試件三開展荷載施加初期，橫向荷載未達(dá)到50kN時，試件表面未形成裂縫問題。當(dāng)荷載值增加至50kN時，在試件三框架柱底部形成了諸多細(xì)小橫向裂縫。在荷載值逐漸增加時，框架柱底部、頂部逐漸形成新橫向裂縫。當(dāng)荷載值增加至80kN時，鋼支撐呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象，框架柱頂部、底部逐漸表現(xiàn)出橫向裂縫延伸問題。

當(dāng)荷載值增加至100kN時，鋼支撐屈服現(xiàn)象逐漸呈現(xiàn)，框架柱中部呈現(xiàn)出橫向裂縫問題，梁柱節(jié)點位置表現(xiàn)出其他方向的裂縫。當(dāng)荷載值增加至125kN時，鋼支撐屈服現(xiàn)象具有明顯性，框架柱周邊逐漸形成新型橫向裂縫，梁柱節(jié)點位置表現(xiàn)出深度裂縫，在梁柱表現(xiàn)出不規(guī)律裂縫現(xiàn)象，試件三到達(dá)屈服狀態(tài)。屈服產(chǎn)生的位置偏差量為25mm。在此之后試件三進入位置偏差控制荷載施加狀態(tài)，當(dāng)位置偏差達(dá)到50mm時，鋼支撐屈服問題較為嚴(yán)重，支撐結(jié)構(gòu)與節(jié)點板連接區(qū)域，在屈服作用下形成了斷裂現(xiàn)象，框架柱橫向裂縫逐漸增多，發(fā)生混凝土掉落現(xiàn)象，性能試驗完成。

4 試驗分析

探索三個試件的結(jié)構(gòu)性能，以性能破壞形式為切入點。

4.1 試件一的破壞形式分析

試件一框架結(jié)構(gòu)的破壞形式，與原有框架結(jié)構(gòu)性能破壞具有相似性。試件一框架柱底部，在剪力、彎矩共同荷載作用下，產(chǎn)生了橫向裂縫、梁柱節(jié)點位置表現(xiàn)出其他方向的裂縫。在試件一橫向位置偏差增加時，框架表面、梁柱節(jié)點等位置，發(fā)生新裂縫，同時加深了裂縫嚴(yán)重性，由此形成混凝土掉落，試件性能受損。

4.2 試件二的破壞形式分析

試件二在橫向荷載施加條件下，剪力墻裂縫問題較為嚴(yán)重，以交叉式裂縫為主，裂縫寬度逐漸增加，最終與框架梁柱節(jié)點位置形成的裂縫相互匯合。在橫向荷載作用下，剪力墻性能破壞以抗側(cè)力為主，提升了外部能量消耗。在剪力墻結(jié)構(gòu)受損后，試件二形成次級抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，用于抵抗橫向荷載作用。在剪力墻結(jié)構(gòu)受損后，其結(jié)構(gòu)性能在短時間內(nèi)驟降，由此加固試件承載能力有所降低。

4.3 試件三的破壞形式分析

試件三在橫向荷載作用下，最先發(fā)生性能受損的是角鋼支撐，在其后性能受損的是框架柱身、梁柱節(jié)點。試件三結(jié)構(gòu)受損的形式，是以角鋼支撐屈服受損后，由此加大了框架柱身、梁柱節(jié)點兩個位置的裂縫嚴(yán)重性，形成混凝土掉落現(xiàn)象，造成試件性能受損。試件三加固形式為角鋼支撐，具有雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，橫向荷載施加條件下，角鋼支撐占據(jù)第一層抗側(cè)結(jié)構(gòu)，在其形變外部能量消耗的同時，角鋼結(jié)構(gòu)受損，加固試件性能有所下降。

經(jīng)試驗分析發(fā)現(xiàn)：

①試件一與原有結(jié)構(gòu)性能具有相似性；

②試件二性能橫向荷載臨界值為60kN，相比試件一、二具有優(yōu)異性能，由此確定了剪力墻對抗橫向荷載的應(yīng)用優(yōu)勢；

③試件三性能橫向荷載臨界值為50kN，角鋼支撐具有一定加固效果。

5 結(jié)論

綜上所述，在使用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)期間，應(yīng)分別從橫向承載力、側(cè)向剛度兩個視角，提升框架性能。與此同時，在加固期間，應(yīng)回避橫向作用力對框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞作用。在加固完成時，應(yīng)使其在縱橫兩個方面，均具有較高的形變對抗、能耗節(jié)約性能，以此達(dá)成鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化目標(biāo)。