框架結(jié)構(gòu)是多層建筑物最經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)形式之一,該結(jié)構(gòu)以其傳力明確而簡(jiǎn)捷的特點(diǎn),被結(jié)構(gòu)工程師所青睞.
然而,我國(guó)早期房屋大多不作抗震設(shè)防,這也造成了目前存在不少不作抗震設(shè)防的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。這種不作抗震設(shè)防的房屋其梁柱節(jié)點(diǎn)在構(gòu)造上普遍存在缺陷,節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍較少,從而大大降低結(jié)構(gòu)抗震能力,為了保證建筑安全,這時(shí)候?qū)ㄖM(jìn)行加固處理,以此提升框架的整體性。
在進(jìn)行加固施工前,分析框架結(jié)構(gòu)破壞形式很重要。我們都知道,框架結(jié)構(gòu)中,墻體不承重,只起到圍護(hù)與隔離的作用,柱是承重的主要構(gòu)件,承擔(dān)著整個(gè)結(jié)構(gòu)的豎向荷載與水平力引起的附加荷載??蚣苤R?jiàn)的破壞形式主要有以下幾種:
1.彎曲破壞
彎曲破壞是地震中框架柱常見(jiàn)的破壞形式,主要發(fā)生在柱剪跨比較大、軸壓比較小且配筋合理的情況下。這種情況受彎承載力起控制作用。
主要破壞形態(tài)為:柱頂或柱底塑性鉸區(qū)水平完全裂縫密布,縱筋屈服,最終破壞時(shí)混凝土明顯壓碎、剝落。整個(gè)過(guò)程吸收較大的地震能量,屬于延性破壞。
2.剪切破壞
剪切破壞是框架柱抗震設(shè)計(jì)中要避免的破壞方式,主要發(fā)生在剪跨比較小、軸壓比較大、混凝土強(qiáng)度或箍筋約束不足的情況。這種情況受剪承載力起控制作用,破壞時(shí)箍筋屈服,縱筋始終未屈服,達(dá)到抗剪承載力后,柱承擔(dān)的水平力隨變形增大迅速降低。
主要破壞形態(tài)為:混凝土出現(xiàn)明顯剪切滑移,斜裂縫后迅速發(fā)生脆性剪切破壞。根據(jù)破壞形式具體又可分為剪切受壓破壞、剪切受拉破壞、剪切斜拉破壞。
3.彎剪破壞
彎剪破壞介于彎曲破壞和剪切破壞之間。由于多種客觀條件的限制,實(shí)際設(shè)計(jì)中不能完全避免剪切破壞的發(fā)生,所以設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的變形能力。彎剪破壞的特征是:隨著變形增大,柱縱筋首先屈服,柱端出現(xiàn)塑性鉸,由于剪切斜裂縫的發(fā)展使混凝土有效抗剪面積減小,骨料咬合力降低,柱經(jīng)歷一段塑性變形后受剪承載力隨變形的增大而減小。隨著變形的繼續(xù)增大,塑性鉸區(qū)箍筋屈服,柱發(fā)生剪切破壞,此時(shí)受壓邊緣混凝土未達(dá)到極限壓應(yīng)變。
破壞過(guò)程主要包括縱筋屈服,混凝土保護(hù)層剝落,鋼筋外露,箍筋屈服,縱筋壓曲。彎剪破壞前,構(gòu)件呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的彎曲響應(yīng),表現(xiàn)出一定的延性和耗能能力。
另外,早期建成的很多鋼筋混凝土柱的縱筋未貫通,設(shè)有搭接。在地震作用下,當(dāng)搭接長(zhǎng)度不足,且箍筋提供的有效約束不足時(shí),搭接部位容易發(fā)生粘結(jié)破壞,影響柱的抗震性能。若想提高框架柱的抗震性能,還需要從以上幾種破壞機(jī)理入手,提高柱的承載能力與變形能力。目前應(yīng)用較為廣泛的是增大截面加固法、外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法等等。
一.增大截面加固法
增大截面加固法,是通過(guò)采用增大鋼筋混凝土構(gòu)件的截面面積,并在新增混凝土中配置定量箍筋,以提高其承載能力的加固方法。-
加固的機(jī)理是增大節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪面積。新增部分面積在直接參與抗剪的同時(shí),對(duì)原節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土產(chǎn)生一定的約束作用,提高了節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度與剛度并抑制了裂縫的開(kāi)展,節(jié)點(diǎn)處的剪切變形減小。
此外,節(jié)點(diǎn)在增大截面以后,梁縱筋在節(jié)點(diǎn)處的錨固長(zhǎng)度相對(duì)增加,有效地改善了梁縱筋與節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的粘結(jié)性能,避免了由于梁縱筋粘結(jié)錨固失效發(fā)生的脆性破壞。
二.外包型鋼加固法
外包鋼加固法,該加固方法分干式和濕式兩種,干式外包鋼法在原構(gòu)件與型鋼之間可無(wú)任何粘結(jié),兩者之間未能形成整體傳力。濕式外包鋼法在原構(gòu)件與型鋼間填充環(huán)氧樹(shù)脂或者乳膠水泥等粘結(jié)劑,使兩種材料有較好的協(xié)同工作能力,適用于需要大幅提高承載力而又不允許過(guò)大增加混凝土截面尺寸的結(jié)構(gòu)。
外包型鋼加固框架節(jié)點(diǎn)通常是指以型鋼(如角鋼等)外包鋼筋混土構(gòu)件的四角或兩角,并以橫向綴板或綴條將外包型鋼連成整體,形成一個(gè)與被包裹構(gòu)件緊密相連的鋼構(gòu)架。外包鋼對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生約束作用,限制了裂縫的開(kāi)展,大幅度地提高了核心區(qū)混凝土的極限承載力。加固后型鋼與原混凝土構(gòu)件共同受力。
三.粘貼鋼板加固法
粘鋼加固法,是在混凝土構(gòu)件表面用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋼板并用螺栓錨固,通過(guò)兩種材料的共同受力來(lái)加固構(gòu)件。
粘鋼法加固梁柱的機(jī)理是通過(guò)粘貼的鋼板直接提供抗剪承載力,同時(shí)又對(duì)核心區(qū)混凝土提供約束,延緩核心區(qū)裂縫的開(kāi)展,增強(qiáng)梁縱筋在核心區(qū)的粘結(jié)錨固,以此來(lái)增加節(jié)點(diǎn)組體的剛度和剪切強(qiáng)度,從而提高節(jié)點(diǎn)抗震能力。
四.碳纖維加固法
碳纖維布加固技術(shù)(碳布加固技術(shù))是利用專用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維布粘貼在混凝土表面,形成復(fù)合結(jié)構(gòu),CFRP通過(guò)與混凝土之間協(xié)同工作,對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)起到加固及改善受力性能的作用。
碳纖維加固法能夠有效提高框架柱的軸心受壓承載力、斜截面承載力與位移延性。利用碳纖維布對(duì)框架柱進(jìn)行加固,對(duì)原結(jié)構(gòu)擾動(dòng)最小,基本不增加重量同時(shí)不影響結(jié)構(gòu)的外形,具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、抗震性能提高明顯的優(yōu)點(diǎn)。