一種鋼筋混凝土框架抗震加固結(jié)構(gòu)及其抗震加固方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種鋼筋混凝土框架抗震加固結(jié)構(gòu)及其抗震加固方法，它是在緊貼每根鋼筋混凝土框架外柱的外側(cè)附加一根鋼骨混凝土柱，鋼骨混凝土柱下設(shè)有樁基礎(chǔ)。鋼骨混凝土柱的側(cè)壁與鋼筋混凝土框架外柱的側(cè)壁之間，從柱頂開(kāi)始通過(guò)若干均勻間隔布置的金屬阻尼器連接，鋼骨混凝土柱的柱腳通過(guò)在靠近銷(xiāo)鍵處布置的四根預(yù)應(yīng)力鋼筋和搖擺裝置與承臺(tái)相連。這種加固方法解決了地震中鋼筋混凝土框架未能實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制的問(wèn)題；金屬阻尼器耗散地震能量，削減地震反應(yīng)，震后可替換；通過(guò)后張預(yù)應(yīng)力鋼筋，使加固結(jié)構(gòu)具有自復(fù)位能力,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)在震后的快速可恢復(fù)功能。這種抗震加固方法完全在建筑物外部進(jìn)行，避免了室內(nèi)施工帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于抗震加固
，特別涉及。
技術(shù)介紹
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)以其平面布置靈活、自重輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)在世界各地獲得了廣泛應(yīng)用。但是，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)也存在抗震防線(xiàn)單一、抗側(cè)剛度低、強(qiáng)震作用下水平位移大等缺點(diǎn)。歷次地震中，均發(fā)現(xiàn)即使經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)大多也未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制，塑性鉸大多出現(xiàn)在柱端而非梁端，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重傾斜變形，甚至底層或中間層倒塌。2008年汶川地震震害調(diào)查結(jié)果顯示，北川縣城和映秀鎮(zhèn)兩個(gè)極震區(qū)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的倒塌率高達(dá)63%。汶川地震后，我國(guó)2010版建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范從多方面加強(qiáng)了對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，這就導(dǎo)致大量按舊規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，尤其是上世紀(jì)80年代以前的建筑，不能滿(mǎn)足新規(guī)范的要求。我國(guó)是地震災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，約80%的大中城市位于抗震設(shè)防區(qū)，這些不滿(mǎn)足規(guī)范抗震要求的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)面臨著地震的嚴(yán)重威脅，而大面積的拆除重建既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)，并且不能從根本上解決框架結(jié)構(gòu)抗震性能先天不足的問(wèn)題。大量震害調(diào)查和研究表明，震前預(yù)防性抗震加固是提高既有結(jié)構(gòu)抗震性能、減輕地震災(zāi)害的積極而有效的措施。汶川地震后，我國(guó)加強(qiáng)了對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)的研究，提出了一些新型的加固改造方法，如增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力、剛度、延性的各種方法、隔震法、附加子結(jié)構(gòu)法等。但是，現(xiàn)有的常用加固技術(shù)普遍需要在建筑物內(nèi)部作業(yè)，由此帶來(lái)一系列問(wèn)題:1)空間狹窄，施工操作困難；2)噪音、人員移動(dòng)、建材搬運(yùn)、拆除等嚴(yán)重?fù)p害了使用環(huán)境，很多情況下，施工期間不得不全部騰空，臨時(shí)搬迀周轉(zhuǎn)，增加加固費(fèi)用的同時(shí)也給用戶(hù)帶來(lái)了極大的不便；3)與加固部位有關(guān)的裝飾面層、門(mén)窗及墻的拆除復(fù)原等造成資源的浪費(fèi)；4)新增構(gòu)件影響原來(lái)自由開(kāi)放空間的利用，給建筑的合理使用帶來(lái)不便，典型如底層需要開(kāi)敞大空間的商場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)，業(yè)主很難接受犧牲內(nèi)部使用空間的加固方法。雖然這些方法均能取得不同程度的加固效果，但實(shí)踐中，室內(nèi)施工帶來(lái)的一系列問(wèn)題以及高昂的加固改造費(fèi)用往往是使業(yè)主望而卻步、顧慮重重的兩個(gè)主要原因。不加固，建筑面臨著地震的威脅；加固，綜合權(quán)衡利弊之后還不如拆除重建，造成社會(huì)資源的極大浪費(fèi)。因此，有必要研究易為業(yè)主所接受的新型抗震加固方法。新修訂的《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》(JGJ116-2009)強(qiáng)調(diào)應(yīng)該從提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能的角度對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，不必每根梁柱普遍加固。雖然傳統(tǒng)的加固柱子的方法有助于改善框架結(jié)構(gòu)的變形模式，但作用有限，更有效的方法是增設(shè)剪力墻、翼墻、填充墻、搖擺墻、各類(lèi)支撐等“整體型關(guān)鍵構(gòu)件”來(lái)改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度的分布，從而改變地震作用的分配，使層間變形和延性需求沿著結(jié)構(gòu)高度分布比較均勻，避免形成層間屈服機(jī)制。這些加固方法，各有特色，也各有利弊。例如，剪力墻或翼墻與基礎(chǔ)嵌固，在強(qiáng)震作用下墻腳往往破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致震后修復(fù)的困難和昂貴。搖擺墻或搖擺支撐可以避免這個(gè)問(wèn)題，但對(duì)于既有框架結(jié)構(gòu)加固，樓板連接處的構(gòu)造又很難處理。更主要的問(wèn)題在于:這些加固方法大多需要在建筑內(nèi)部進(jìn)行，仍避免不了室內(nèi)施工帶來(lái)的一系列問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)基于在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中增加“整體型關(guān)鍵構(gòu)件”的原理，提出鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)外附自復(fù)位剛性搖擺柱加固結(jié)構(gòu)及其抗震加固方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的第一個(gè)目的是提供一種鋼筋混凝土框架抗震加固結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變鋼筋混凝土框架的變形模式，從而改變地震作用的分配模式，使層間變形和延性需求沿著結(jié)構(gòu)高度分布比較均勻，避免形成層間屈服機(jī)制。該抗震加固結(jié)構(gòu)解決了地震中鋼筋混凝土框架未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)的第二個(gè)目的是提供一種鋼筋混凝土框架的抗震加固方法，該方法完全在建筑物外部進(jìn)行，避免了室內(nèi)施工帶來(lái)的一系列問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)的第一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的: 一種鋼筋混凝土框架抗震加固結(jié)構(gòu)，特征是:緊貼鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的每根鋼筋混凝土框架外柱的外側(cè)附加一根鋼骨混凝土柱，鋼骨混凝土柱的側(cè)壁與鋼筋混凝土框架外柱的側(cè)壁之間，從柱頂開(kāi)始通過(guò)若干個(gè)均勻間隔布置的金屬阻尼器連接；在鋼骨混凝土柱下方的地面設(shè)有粧基礎(chǔ)，在承臺(tái)的上面預(yù)埋有一塊鋼板，在鋼板的上方設(shè)置搖擺裝置，搖擺裝置由上搖擺塊和下固定塊組成，上搖擺塊的底端和下固定塊的頂端通過(guò)銷(xiāo)鍵活動(dòng)連接在一起，下固定塊的底端通過(guò)螺栓固定在鋼板上，上搖擺塊的頂端和鋼骨混凝土柱的柱腳通過(guò)法蘭和螺栓固定在一起；鋼骨混凝土柱內(nèi)均勻設(shè)有四個(gè)豎向的預(yù)留孔道，在每個(gè)預(yù)留孔道中設(shè)有一根從鋼骨混凝土柱的底端伸出的預(yù)應(yīng)力鋼筋，四根預(yù)應(yīng)力鋼筋的底端向下穿過(guò)承臺(tái)并通過(guò)錨具與承臺(tái)錨固在一起，鋼骨混凝土柱和上搖擺塊可以一起通過(guò)銷(xiāo)鍵在下固定塊上作搖擺運(yùn)動(dòng)。在鋼骨鋼筋混凝土柱的內(nèi)部添加有型鋼，以提高柱子的剛度，使鋼骨混凝土柱在加固結(jié)構(gòu)中起到“整體型關(guān)鍵構(gòu)件”的作用。所述金屬阻尼器是由Q235鋼材制作的菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器，金屬阻尼器由單片菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器通過(guò)角鋼和螺栓錨固在一起，金屬阻尼器的一側(cè)通過(guò)化學(xué)錨栓與鋼筋混凝土外柱錨固連接在一起，另一側(cè)通過(guò)螺栓與鋼骨混凝土柱錨固連接在一起，且在金屬阻尼器與鋼筋混凝土框架外柱之間設(shè)置鋼板墊塊。在小震作用下，金屬阻尼器處于彈性階段，不起耗能作用，但能有效地提高框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，在大震作用下，菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器通過(guò)剪切屈服耗散地震能量。所述預(yù)應(yīng)力鋼筋是無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，通過(guò)張拉無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)給鋼骨混凝土柱施加預(yù)拉力，從而達(dá)到自復(fù)位的目的。所述銷(xiāo)鍵由Q520的鋼材制作成圓柱狀的構(gòu)件，限制鋼骨混凝土柱在柱腳處的水平和豎向位移，并解除旋轉(zhuǎn)約束，使鋼骨混凝土柱達(dá)到搖擺的目的。所述粧基礎(chǔ)由承臺(tái)和錨桿靜壓粧兩部分組成，粧基礎(chǔ)為鋼骨混凝土柱即提供了抗拔力，又提供了支撐，同時(shí)也為預(yù)應(yīng)力鋼筋提供可靠的錨固點(diǎn)。本專(zhuān)利技術(shù)的第二個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的: 一種鋼筋混凝土框架的抗震加固方法，特征是: A、根據(jù)當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度，初選鋼骨混凝土柱和型鋼的截面面積并確定粧基礎(chǔ)的尺寸，選用菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器，初步確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積和初始張拉力，在有限元分析軟件SAP2000中建立模型，進(jìn)行非線(xiàn)性時(shí)程分析，以加固后結(jié)構(gòu)的殘余變形和層間位移角為目標(biāo)，調(diào)整各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案； B、根據(jù)上一步的設(shè)計(jì)方案，預(yù)制鋼骨混凝土柱、銷(xiāo)鍵、菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器。預(yù)制鋼骨混凝土柱時(shí)，在靠近銷(xiāo)鍵處的預(yù)留孔道中預(yù)埋四根預(yù)應(yīng)力鋼筋，同時(shí)在承臺(tái)預(yù)留孔道，以方便張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋； C、在每根鋼筋混凝土框架外柱的外側(cè)進(jìn)行粧基礎(chǔ)的施工和養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28天之后，對(duì)鋼骨混凝土柱和菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，菱形開(kāi)孔軟鋼阻尼器一側(cè)通過(guò)化學(xué)錨栓與鋼筋混凝土外柱錨固連接在一起，另一側(cè)通過(guò)螺栓與鋼骨混凝土柱錨固連接在一起。D、對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，即得到外附自復(fù)位剛性搖擺柱加固的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。本專(zhuān)利技術(shù)的加固原理是:利用鋼骨混凝土柱自身剛度大的特點(diǎn)控制框架結(jié)構(gòu)的變形模式，從而改變地震作用的分配模式，使層間變形和延性需求沿著結(jié)構(gòu)高度分布比較均勻，避免形成層間屈服機(jī)制；鋼骨混凝土柱與粧基礎(chǔ)鉸接的目的是允許鋼骨混凝土柱自由搖擺，允許鋼骨混凝土柱自由搖擺不但沒(méi)有明顯增大結(jié)構(gòu)剛度，避免加大結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，而且還利用鋼骨混凝土柱與框架外柱之間的錯(cuò)動(dòng)變本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋼筋混凝土框架抗震加固結(jié)構(gòu)，其特征在于：緊貼鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的每根鋼筋混凝土框架外柱的外側(cè)附加一根鋼骨混凝土柱，鋼骨混凝土柱的側(cè)壁與鋼筋混凝土框架外柱的側(cè)壁之間，從柱頂開(kāi)始通過(guò)若干個(gè)均勻間隔布置的金屬阻尼器連接；在鋼骨混凝土柱下方的地面設(shè)有樁基礎(chǔ)，在承臺(tái)的上面預(yù)埋有一塊鋼板，在鋼板上方設(shè)置搖擺裝置，搖擺裝置由上搖擺塊和下固定塊組成，上搖擺塊的底端和下固定塊的頂端通過(guò)銷(xiāo)鍵連接在一起，下固定塊的底端通過(guò)螺栓固定在鋼板上，上搖擺塊的頂端和鋼骨混凝土柱的柱腳通過(guò)法蘭和螺栓固定在一起；鋼骨混凝土柱內(nèi)均勻設(shè)有四個(gè)豎向的預(yù)留孔道，在每個(gè)預(yù)留孔道中固定有一根從鋼骨混凝土柱的底端伸出的預(yù)應(yīng)力鋼筋，四根預(yù)應(yīng)力鋼筋的底端向下穿過(guò)承臺(tái)并通過(guò)錨具與承臺(tái)固定在一起，鋼骨混凝土柱和上搖擺塊可以一起通過(guò)銷(xiāo)鍵在下固定塊上作搖擺運(yùn)動(dòng)。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高劍平，李建，陳蔚，唐亮，廖敏，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：華東交通大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江西;36