论文部分内容阅读
摘要：基于某市某化工厂精萘框架结构加固工程，采用外包钢法加固框架柱。对比分析加固后的，该工程加固柱的轴压比，结构周期，层间位移角，并用SAP2000对结构进行静力弹塑性分析（pushover），性能点位移，结构塑性铰的发展情况，结构整体满足“墙柱弱梁”的设计理念与要求，以便类似工程借鉴，服务于工程建设。
关键词：错层框架结构；抗震加固；静力弹塑性分析
1、工程概况
某化工厂精萘框架建于1992年。采用混凝土框架结构体系A～D轴为单层框架，由于原设计标准不详，通过钻芯法和回弹法检测出梁柱的混凝土强度等级为C25，主要结构构件的尺寸具体为：1）框架柱1，2层，中柱边柱截面尺寸均为500×800。2）框架梁（kJ-1）11.480米截面尺寸均为400×1200，框架（kJ-2）8.980米截面尺寸均为400X1200，框架（KJ-3）8.980米框架梁截面尺寸均为400X800，框架（KJ-4）8.980米框架梁截面尺寸均为400X700。纵向梁间距均为300 X600.用pkpm建立的原结构模型。框架柱基础为钢筋混凝土独立基础，框架为露天无围护结构。
计算荷载（（1）荷载种类① 恒载：包括结构构件自重等；② 活荷载：包括楼板荷载、积灰荷载、悬挂管道荷载等；③ 风荷载：④ 雪荷载：⑤地震作用：
（2）荷载取值 ① 地震作用：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，场地类别为Ⅱ类。② 风荷载：基本风压0.5KN/㎡；③ 雪荷载：基本雪压0.4KN/㎡；
2、原结构检测鉴定结论
（1）从现场检查结果看，框架柱混凝土保护层开裂、脱落﹑钢筋裸露严重锈蚀。
（2）原结构配筋率在结构强度折减之后仍符合要求，结构的X，Y方向层间位移角均小于规范规定的1/500，结构柱的轴压比均小于0.75的要求。
（3）根據国标《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144-2008），对某化工厂精萘框架结构的现场检查、检测、计算及分析，得出可靠性鉴定结论如下：
某化工厂精萘框架目前结构部分构件破损严重，根据对框架结构的现状检查、现场检测，在现有框架结构体系、现有荷载状况下，可靠性评级等级为三级，该框架不符合国家现行标准规范的可靠性要求，影响整体安全，在目标使用年限内明显影响整体正常使用，应采取措施，且可能有极少数构件必须立即采取措施。
上部结构抗震性能表明 ：结构弹性层间位移角、周期比、轴压比、楼层抗剪承载力比值等指标均不满足现行规范要求，且部分指标超出现行规范限值较多。原结构主要计算结果见表1
3、加固改造设计
3.1综上所述建议采取以下措施：
（1）对有裂缝，保护层脱落的混凝土柱、平台梁加以修补，凿除破损的混凝土保护层，将外露钢筋进行除锈处理，喷射灌浆料重新保护。
（2）对有钢筋裸露锈蚀严重的混凝土柱、平台梁需将外露钢筋进行除锈处理，喷射灌浆料重新保护，后用角钢及钢板加固。对现状缺陷评级为c和d级的混凝土梁柱进行加固。
3.2加固方案的选择与节点构造设计
由于未改造前结构抗震性能己不满足现行规范要求，加层前必须对原结构进行加固。根据检测鉴定结果，原框架GB50011—2010）的要求。本工程采用
外包钢法，施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面的特点。外包型钢加固法具有施工简单、受力可靠、现场工作量小等优点，本文综合考虑场地条件，价格比，性能比等条件决定采用此方法。结构的梁和柱均采用规格为L160*16的等边角钢对其加固。
4、用SAP2000对加固后结构承载力的计算的审核
运用sap2000结构设计软件对加固后的计算结果进行审核，结构的配筋率采用加固之前的配筋。
4.1结构塑性铰的发展过程
为了研究结构在地震作用情况下塑性铰的发展过程，本文运用sap2000在结构的Y方向施加了荷载步为十步，每一步荷载大小为300KN的水平荷载，以模仿地震荷载。结构上塑性铰不同的颜色代表了塑性铰的不同能力水平，粉红色的塑性铰（B）代表着结构发生屈服，深蓝色（IO）的塑性铰对应着结构处于直接使用状态，浅蓝色（LS）对应着结构处于生命安全状态，浅绿色（CP）对应着结构处于防止倒塌状态，黄色（C）对应着结构达到极限承载力状态，橙色（D）对应着结构还有一定的残余强度，可认为结构发生了破坏。其中在B阶段之前塑性铰为弹性变形，塑性铰从B到破坏发生塑性变形。
在水平荷载到2400KN市，浅蓝色和黄色的塑性铰继续增加，在F轴2-3梁上首先出现了橙色的塑性铰，这意味着结构将发生破坏。
结论：从以上的过程可以看出，D-F轴的两层框架结构较A-C轴的一层框架结构破坏更快，加固后的构件相对于未加固的构件来说塑性铰出现较晚，布情况分别如所示。从图1-4中可以明显看出，结构在沿着Y向推覆过程中，塑性铰全部出现在梁端，在柱端未出现任何塑性铰。梁端塑性铰的出现说明该加固设计很好地实现了“强柱弱梁”的概念设计，且梁端塑性铰的出现在地震过程中能够起到很好的耗能作用。
静力弹塑性分析的结论
对于结构的A-D轴，结构的塑性铰首先出现在未加固的梁端，随着外力的增加，结构在加固的梁两端，柱的两端才渐渐出现塑性铰。相对于A-D轴的塑性铰；两层结构的D-F轴塑性铰的发展要快许多，结构最先出现破坏的薄弱环节在F轴上，且结构破坏时A-D轴没有塑性铰达到其最大承载力。
本文用外包型钢加固法对结构部分构件进行加固，通过结构的静力计算，加固的柱子轴压比明显降低，结构的整体刚度增加而导致周期减小。表明这种加固方式在修复了构件的同时还增加了结构的承载力和刚度。
通过对结构进行静力弹塑性分析中塑性铰的发展过程可知，结构在破坏过程中符合规范中“强柱弱梁”的要求，在不同的地震作用下，结构在达到性能点时的层间位移角也满足规范的要求，说明结构满足抗震规范中“大震不倒”的要求。
参考文献：
[1]丁群，赵建昌高烈度地区框架加固加层抗震性能分析[J].低温建筑技术，2013 （1） ：33-35
[2]罗凌霄，浅谈钢筋混凝上框架结构设计应注意的事项_汶川地震建筑震害启示[J]建筑科学，2009（2）；101-101.
关键词：错层框架结构；抗震加固；静力弹塑性分析
1、工程概况
某化工厂精萘框架建于1992年。采用混凝土框架结构体系A～D轴为单层框架，由于原设计标准不详，通过钻芯法和回弹法检测出梁柱的混凝土强度等级为C25，主要结构构件的尺寸具体为：1）框架柱1，2层，中柱边柱截面尺寸均为500×800。2）框架梁（kJ-1）11.480米截面尺寸均为400×1200，框架（kJ-2）8.980米截面尺寸均为400X1200，框架（KJ-3）8.980米框架梁截面尺寸均为400X800，框架（KJ-4）8.980米框架梁截面尺寸均为400X700。纵向梁间距均为300 X600.用pkpm建立的原结构模型。框架柱基础为钢筋混凝土独立基础，框架为露天无围护结构。
计算荷载（（1）荷载种类① 恒载：包括结构构件自重等；② 活荷载：包括楼板荷载、积灰荷载、悬挂管道荷载等；③ 风荷载：④ 雪荷载：⑤地震作用：
（2）荷载取值 ① 地震作用：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，场地类别为Ⅱ类。② 风荷载：基本风压0.5KN/㎡；③ 雪荷载：基本雪压0.4KN/㎡；
2、原结构检测鉴定结论
（1）从现场检查结果看，框架柱混凝土保护层开裂、脱落﹑钢筋裸露严重锈蚀。
（2）原结构配筋率在结构强度折减之后仍符合要求，结构的X，Y方向层间位移角均小于规范规定的1/500，结构柱的轴压比均小于0.75的要求。
（3）根據国标《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144-2008），对某化工厂精萘框架结构的现场检查、检测、计算及分析，得出可靠性鉴定结论如下：
某化工厂精萘框架目前结构部分构件破损严重，根据对框架结构的现状检查、现场检测，在现有框架结构体系、现有荷载状况下，可靠性评级等级为三级，该框架不符合国家现行标准规范的可靠性要求，影响整体安全，在目标使用年限内明显影响整体正常使用，应采取措施，且可能有极少数构件必须立即采取措施。
上部结构抗震性能表明 ：结构弹性层间位移角、周期比、轴压比、楼层抗剪承载力比值等指标均不满足现行规范要求，且部分指标超出现行规范限值较多。原结构主要计算结果见表1
3、加固改造设计
3.1综上所述建议采取以下措施：
（1）对有裂缝，保护层脱落的混凝土柱、平台梁加以修补，凿除破损的混凝土保护层，将外露钢筋进行除锈处理，喷射灌浆料重新保护。
（2）对有钢筋裸露锈蚀严重的混凝土柱、平台梁需将外露钢筋进行除锈处理，喷射灌浆料重新保护，后用角钢及钢板加固。对现状缺陷评级为c和d级的混凝土梁柱进行加固。
3.2加固方案的选择与节点构造设计
由于未改造前结构抗震性能己不满足现行规范要求，加层前必须对原结构进行加固。根据检测鉴定结果，原框架GB50011—2010）的要求。本工程采用
外包钢法，施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面的特点。外包型钢加固法具有施工简单、受力可靠、现场工作量小等优点，本文综合考虑场地条件，价格比，性能比等条件决定采用此方法。结构的梁和柱均采用规格为L160*16的等边角钢对其加固。
4、用SAP2000对加固后结构承载力的计算的审核
运用sap2000结构设计软件对加固后的计算结果进行审核，结构的配筋率采用加固之前的配筋。
4.1结构塑性铰的发展过程
为了研究结构在地震作用情况下塑性铰的发展过程，本文运用sap2000在结构的Y方向施加了荷载步为十步，每一步荷载大小为300KN的水平荷载，以模仿地震荷载。结构上塑性铰不同的颜色代表了塑性铰的不同能力水平，粉红色的塑性铰（B）代表着结构发生屈服，深蓝色（IO）的塑性铰对应着结构处于直接使用状态，浅蓝色（LS）对应着结构处于生命安全状态，浅绿色（CP）对应着结构处于防止倒塌状态，黄色（C）对应着结构达到极限承载力状态，橙色（D）对应着结构还有一定的残余强度，可认为结构发生了破坏。其中在B阶段之前塑性铰为弹性变形，塑性铰从B到破坏发生塑性变形。
在水平荷载到2400KN市，浅蓝色和黄色的塑性铰继续增加，在F轴2-3梁上首先出现了橙色的塑性铰，这意味着结构将发生破坏。
结论：从以上的过程可以看出，D-F轴的两层框架结构较A-C轴的一层框架结构破坏更快，加固后的构件相对于未加固的构件来说塑性铰出现较晚，布情况分别如所示。从图1-4中可以明显看出，结构在沿着Y向推覆过程中，塑性铰全部出现在梁端，在柱端未出现任何塑性铰。梁端塑性铰的出现说明该加固设计很好地实现了“强柱弱梁”的概念设计，且梁端塑性铰的出现在地震过程中能够起到很好的耗能作用。
静力弹塑性分析的结论
对于结构的A-D轴，结构的塑性铰首先出现在未加固的梁端，随着外力的增加，结构在加固的梁两端，柱的两端才渐渐出现塑性铰。相对于A-D轴的塑性铰；两层结构的D-F轴塑性铰的发展要快许多，结构最先出现破坏的薄弱环节在F轴上，且结构破坏时A-D轴没有塑性铰达到其最大承载力。
本文用外包型钢加固法对结构部分构件进行加固，通过结构的静力计算，加固的柱子轴压比明显降低，结构的整体刚度增加而导致周期减小。表明这种加固方式在修复了构件的同时还增加了结构的承载力和刚度。
通过对结构进行静力弹塑性分析中塑性铰的发展过程可知，结构在破坏过程中符合规范中“强柱弱梁”的要求，在不同的地震作用下，结构在达到性能点时的层间位移角也满足规范的要求，说明结构满足抗震规范中“大震不倒”的要求。
参考文献：
[1]丁群，赵建昌高烈度地区框架加固加层抗震性能分析[J].低温建筑技术，2013 （1） ：33-35
[2]罗凌霄，浅谈钢筋混凝上框架结构设计应注意的事项_汶川地震建筑震害启示[J]建筑科学，2009（2）；101-101.