既有混凝土—砌体混合结构的抗震加固方法研究

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既有建筑中存在大量的混凝土-砌体混合结构,即结构中同时存在混凝土结构和砌体结构。此类混合结构由于结构形式复杂、材料的弹性模量和力学性能相差很大,结构受力不明确,在水平地震力作用下,不同材料承载力和刚度贡献不协调,引起不同构件各个击破的连锁反应,因此无法保证小震不坏,大震不倒的抗震设防目标。常规设计软件无法对混凝土-砌体混合结构进行加固设计分析,若根据相关标准应全部拆除重建,会造成巨大的浪费和其他问题。本文对已有混凝土-砌体混合结构的加固设计方法进行了理论研究,探讨了两种不同的加固设计方案——准混凝土结构加固方案和准砌体结构加固方案的加固设计流程。通过理论研究和工程实例分析相结合的方法,将有限元软件ETABS和工程常用设计软件PKPM分析结果进行比较,验证了用PKPM进行两种方案加固的可行性,并给出适用于一般工程的计算方法和步骤。准混凝土结构加固设计方案——根据加固需要,对混合结构中原砌体部分的部分或全部砌体承重墙采用钢筋混凝土面层加固,使之成为“夹板墙”,并将夹板墙等效折算为混凝土墙,从而将整个结构等效成为“准混凝土结构”。同时根据工程实际情况,在原框架部分增设部分混凝土剪力墙,以防止扭转过大。首先,根据原则选择相应的鉴定加固设计规范。其次,将加固改造的既有混凝土结构-砌体混合结构进行等效折算。然后将等效折算的准混凝土加固方案运用PKPM中的混凝土模块验算原框架柱、梁是否满足抗震要求,若不满足,先进行原框架柱、梁的加固,再将加固后的准框剪结构进行内力分析,得到荷载效应设计值S,然后运用夹板墙的计算公式对其抗压、抗剪承载力进行计算,得到抗力设计值R。若γ0S≤R,则加固后结构承载力满足抗震要求。最后,验算相应指标。准砌体结构加固设计方案——在原混合结构中的框架内部增设砌体承重墙,使之接近于砌体结构,由于结构中有原框架柱、原框架梁,为区别于一般的砌体结构,我们称之为“准砌体结构”。首先,按照规范检查构造措施并进行补全,其次,在原框架部分选择合适位置布置承重砌体墙,将既有混凝土结构-砌体混合结构加固改造为准砌体结构。然后,运用PKPM中的砌体鉴定加固模块进行抗压承载力验算,并得到墙体地震剪力,并计算墙体抗震抗剪承载力。若γ0S≤R,则加固后结构满足验算;若γ0S>R,则应进一步采取加固措施,将采取加固措施后的结构再次进行验算,直至验算满足要求。此外,本文采用有限元方法初步研究应力滞后效应对被加固构件的影响,研究对象包括由一榀原有框架和一面新增墙体组合成的组合墙、一面经过钢筋混凝土面层加固的砖墙(即夹板墙)。由于砖墙的应力滞后的影响,水平地震剪力主要被钢筋混凝土面层承担,当地震力较大时,面层有可能出现比砖墙先发生破坏,从而导致夹板墙的承载力低于按照本文提出的准混凝土加固设计分析方法的计算结果。由于应力滞后效应的影响,组合墙的抗震抗剪承载力低于准砌体结构加固设计方法的计算结果。
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