PKPM軟件在外加板墻和墻體粘鋼對(duì)磚砌體房屋抗震性能中的應(yīng)用

王思敏,于兆源,孫瀾曦,史 欣

（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京,100144）

PKPM軟件在外加板墻和墻體粘鋼對(duì)磚砌體房屋抗震性能中的應(yīng)用

王思敏,于兆源,孫瀾曦,史 欣

（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京,100144）

采用外加板墻和墻體粘鋼兩種方式對(duì)普通磚砌體房屋進(jìn)行加固，通過(guò)對(duì)動(dòng)力特性試驗(yàn)和抗震性能進(jìn)行仿真試驗(yàn)的研究，總結(jié)歸納外加板墻和墻體粘鋼兩種加固方式下對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。對(duì)磚砌體房屋進(jìn)行加固后，磚砌體房屋磚墻的局部變形得到改善，加固效果顯著。

磚砌體房屋；抗震性能；板墻；粘鋼

0 引言

我國(guó)現(xiàn)存大量建造于上世紀(jì)六七十年代的磚砌體房屋，這些房屋大都沒(méi)有進(jìn)行合理抗震設(shè)計(jì)，不滿足現(xiàn)行規(guī)范的抗震設(shè)防，難以抵御強(qiáng)烈地震的襲擊，面對(duì)現(xiàn)如今頻繁發(fā)生的地震，我們的房屋被毀數(shù)量在多不在少，很少有房屋在面臨地震的摧殘下長(zhǎng)久屹立不倒，由此也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。近年來(lái)，全國(guó)各地的磚砌體房屋大都進(jìn)行了加固，加固的方式不一，但主要以外套加固法和增設(shè)梁柱法為主。本文主要總結(jié)歸納了外加板墻和墻體粘鋼兩種加固方式下對(duì)普通磚砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。

1 外加板墻加固式

鋼筋混凝土板墻加固砌體房屋是抗震加固措施之一。顧名思義，這種在砌體一側(cè)或者兩側(cè)增設(shè)混凝土組合層的加固方式，使墻體在平面內(nèi)外的抗彎強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度都得到了大幅度的提升，非常適用于增幅較大的抗震加固。由于砌體結(jié)構(gòu)脆性大，其變形能力差，在高強(qiáng)度的地震作用下極易開裂，從而影響到了墻體整體的強(qiáng)度，造成其支撐能力減弱。進(jìn)一步再講，如果房屋下部開裂錯(cuò)位，勢(shì)必會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，這對(duì)于較高的砌體房屋危害更大。而外加板墻這一加固方式，可以減緩砌體本身特點(diǎn)帶來(lái)的危害。在墻體錯(cuò)位開裂的情況下，雙側(cè)的外加板墻把由于地震作用造成錯(cuò)位的幅度降到最低，使墻體整體的強(qiáng)度不至于受到大的威脅。但是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的研究主要集中于碳纖維布加固砌體結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)鋼絞線聚合物砂漿加固砌體以及鋼筋網(wǎng)水泥砂漿加固砌體等新型加固材料的應(yīng)用及新型加固技術(shù)方面。匯總?cè)缦拢?/p>

1.1 混凝土板墻加固?；炷涟鍓庸檀u砌體是一種傳統(tǒng)而有效的加固技術(shù)，早期的研究肯定了混凝土板墻加固對(duì)于砌體墻片抗剪承載力的增強(qiáng)作用，近年來(lái)有學(xué)者在自密實(shí)混凝土板墻加固低強(qiáng)度砂漿磚砌體的試驗(yàn)中，通過(guò) 6 個(gè)墻片的全尺寸試驗(yàn)，研究了在豎向壓力、單雙面加固、配筋形式等參數(shù)影響下，自密實(shí)混凝土板墻加固低強(qiáng)度砂漿磚砌體的抗剪性能。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低強(qiáng)度磚砌體經(jīng)自密實(shí)混凝土板墻加固后，抗剪強(qiáng)度和抗側(cè)剛度都有很大的提高，加固后墻體具有良好的延性，滯回耗能能力增強(qiáng)，磚砌體的抗震性能有了很大提高。

1.2 碳纖維布加固。碳纖維布加固砌體結(jié)構(gòu)是一種新型加固方法，近年來(lái)有眾多機(jī)構(gòu)學(xué)者對(duì)碳纖維加固技術(shù)進(jìn)行研究，其中清華大學(xué)的葉列平教授帶領(lǐng)的課題組進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，他們通過(guò)碳纖維布加固磚砌體在水平周期反復(fù)荷載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了碳纖維布加固磚砌體的約束和抗倒塌機(jī)理;通過(guò)對(duì)不同階段的受力性能等問(wèn)題的研究，建立了碳纖維應(yīng)變與墻體側(cè)向位移及墻體抗震剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系;通過(guò)分析橫向、豎向、斜向不同角度粘貼碳纖維試驗(yàn)結(jié)果，研究了不同粘貼角度、粘貼面積百分比對(duì)墻體承載能力和變形能力的影響，提出了碳纖維加固墻體承載能力和變形能力的計(jì)算方法，最后提出在不同加固目標(biāo)下，碳纖維最優(yōu)粘貼角度及改進(jìn)的加固方法。同時(shí)，在不同砂漿強(qiáng)度和高寬比的兩批構(gòu)件試驗(yàn)中，驗(yàn)證了碳纖維加固磚砌體墻能有效提高抗裂性能及受剪承載力。

1.3 高強(qiáng)鋼絞線 － 聚合物砂漿加固。高強(qiáng)鋼絞線 － 聚合物砂漿加固技術(shù)也是一種新型的加固技術(shù)，有眾多的機(jī)構(gòu)學(xué)者參與其研究，并取得了不少成果。其中，中國(guó)建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所王亞勇研究員、姚秋來(lái)研究員所在的課題組對(duì)高強(qiáng)鋼絞線 － 聚合物砂漿加固磚砌體進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過(guò)研究得出，高強(qiáng)鋼絞線 － 聚合物砂漿加固磚砌體能有效地提高墻體的極限承載力，能大大改善墻體的延性，并有效阻止剛度退化，提高墻體的能量消耗能力，從而提高了墻體的抗震性能。最后提出了高強(qiáng)鋼絞線 － 聚合物砂漿加固墻體的抗剪承載力計(jì)算公式 。其理論分析和試驗(yàn)研究為抗震加固技術(shù)規(guī)程的制定和實(shí)際工程提供了有力的支持。

2 墻體粘鋼加固式

墻體粘鋼加固的原理是利用結(jié)構(gòu)膠所具有的抗剪切能力，將構(gòu)件所受到的部分荷載傳遞給與構(gòu)件粘結(jié)在一起的鋼板上，這樣就形成了粘結(jié)在構(gòu)件上的鋼板和原有的構(gòu)件一起承受外部所施加的荷載作用。

在磚混結(jié)構(gòu)中，其豎向承重構(gòu)件都是由磚或者是砌塊砌筑而成，因此在磚混結(jié)構(gòu)的建筑中，其大部分是磚墻承重結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)的建筑有房間的使用面積小，開間的進(jìn)深較小，建筑層數(shù)少，抗剪切能力較差等特點(diǎn)。一般對(duì)于80年代左右的建筑進(jìn)行加固的時(shí)候，起初大都選擇設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱來(lái)提高磚混結(jié)構(gòu)類建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，后來(lái)繼而出現(xiàn)了粘鋼技術(shù)來(lái)提高建筑物的強(qiáng)度。僅將二者進(jìn)行比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)粘鋼具有很大的優(yōu)勢(shì)。它在能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度剛度等級(jí)的要求下，施工工藝簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)操作方便并且無(wú)需大型機(jī)械設(shè)備參與施工；粘鋼所達(dá)到的預(yù)期效果更好，用高強(qiáng)度鋼板加固后可以使建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度大幅度提升；施工的工期短，對(duì)人類正常的生產(chǎn)生活影響小；達(dá)到同樣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所需的鋼板質(zhì)量遠(yuǎn)小于所需的鋼筋混凝土的質(zhì)量，不會(huì)產(chǎn)生較大的自重來(lái)增加建筑物基礎(chǔ)的壓力；結(jié)構(gòu)層的厚度小，不會(huì)很大的影響到房屋的使用面積和整體布局。

在粘鋼技術(shù)中需要注意的是在粘鋼之前的準(zhǔn)備工作。先對(duì)需要加固的構(gòu)件進(jìn)行處理，有裂縫的地方需要用適當(dāng)?shù)牟牧蠈⒘芽p進(jìn)行封閉處理；加固前在混凝土結(jié)合面一側(cè)進(jìn)行打磨處理，需根據(jù)混凝土老化程度決定打磨深度，打磨后需露出整平的新面，在鋼板結(jié)合面一側(cè)進(jìn)行除銹和粗糙處理；涂粘結(jié)劑時(shí)做到中間厚邊緣薄；粘好鋼板后用手錘輕輕地敲擊鋼板，避免空鼓出現(xiàn)，若出現(xiàn)則需重新粘結(jié)。

在徐震編寫的《粘鋼加固工程施工方法》中，提到了粘鋼經(jīng)常用于施工房屋加固的用途特性，而單純的磚砌體房屋，是靠磚，砂漿，水泥等相粘結(jié)，房屋整體強(qiáng)度穩(wěn)定性一般，在抵御抗震性能方面，抗震性較差，而使用墻體粘鋼加固的磚砌體房屋，在抗震方面強(qiáng)化了很多，提高了結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，使它可以更加完善對(duì)于抵抗彎矩，剪力和拉力等外力的破壞因素。而且從李金生所編寫的《淺析房建工程中的粘鋼加固技術(shù)》中也可以論述這點(diǎn)，他的文章便是提到了粘鋼使用的簡(jiǎn)易性和整體穩(wěn)定性。對(duì)于磚砌體房屋而言，使用某些加固技術(shù)會(huì)增加內(nèi)部荷載，但是使用墻體粘鋼技術(shù)，不會(huì)增加額外荷載，而外加板墻加固會(huì)增加荷載，粘鋼也會(huì)增加原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且也會(huì)增加原有結(jié)構(gòu)的抗開裂性，從簡(jiǎn)易性上看，它的制造周期相對(duì)較短和節(jié)約成本，因?yàn)椴恍枰脑写u砌體房屋結(jié)構(gòu)。張繼紅編寫的《淺談?wù)充摷夹g(shù)在抗震加固中的應(yīng)用》中，再一次論證了墻體粘鋼對(duì)于磚砌體房屋加固的重要性，5.12的汶川地震證明了單獨(dú)的磚砌體結(jié)構(gòu)不足以抵抗地震，而工程師在災(zāi)后修復(fù)時(shí)，有一部分磚砌體采用了墻體粘鋼技術(shù)，說(shuō)明了這種技術(shù)的普遍被認(rèn)可性和穩(wěn)定性。綜上所述，墻體粘鋼可使磚砌體房屋增加抗震性，抗拉性，抗剪性，和增強(qiáng)穩(wěn)定性，節(jié)省時(shí)間，成本，人力等特性。

3 結(jié)論

通過(guò)總結(jié)歸納外加板墻和墻體粘鋼兩種加固方式下對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，外加板墻的幾種加固方式和墻體粘鋼從不同方面對(duì)磚砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不同程度的加固。

[1]李春香.磚砌體鋼筋仝板墻加固法應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2010（23）：2-3.

[2]康艷博，鞏正光，宋紅，等.混凝土板墻加固磚墻抗震性能綜述[J].工程抗震與加固改造，2010，32（4）:80-85.

[3]徐震.粘鋼加固工程施工方法[J].山西建筑，2012,38(1):104-105.

[4]李金生.淺析房建工程中的粘鋼加固技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014(16).

[5]張繼紅.淺談?wù)充摷夹g(shù)在抗震加固中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009, 35(14):56-58.

王思敏，1995，女，山東煙臺(tái)，在讀學(xué)生，研究方向：結(jié)構(gòu)抗震

2.3 具體試驗(yàn)分析。在對(duì)110kV及以上GIS設(shè)備進(jìn)行檢修試驗(yàn)分析過(guò)程中，需要對(duì)參與試驗(yàn)的設(shè)備及相關(guān)參數(shù)信息進(jìn)行把握。本文研究GIS設(shè)備主回路絕緣檢修試驗(yàn)時(shí)，選擇的主設(shè)備為串聯(lián)型諧振電抗器，其他設(shè)備為5000V兆歐表。電抗器電壓為200kV，電容分壓器的額定電壓值為200kV，變頻電源的頻率范圍在30-300Hz。在進(jìn)行GIS設(shè)備主回路絕緣檢修試驗(yàn)過(guò)程中，首先需要對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行組裝，并對(duì)隔離開關(guān)合閘、接地分閘、GT短路節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行檢查；其次，利用5000V兆歐表對(duì)絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，并保持GIS設(shè)備處于接地狀態(tài)；再次，根據(jù)GIS設(shè)備試驗(yàn)規(guī)則，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行變頻耐壓試驗(yàn)；最后，耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)GIS設(shè)備的局部放電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。GIS設(shè)備主回路絕緣檢修試驗(yàn)過(guò)程中，需要將UHF傳感器放置在GIS設(shè)備的絕緣子上，并且考慮到試驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)電壓過(guò)高的情況，需要對(duì)傳感器利用屏蔽布進(jìn)行包裹，保證GIS檢修試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌倪M(jìn)行。

3 結(jié)論

在對(duì)110kV及以上GIS設(shè)備檢修試驗(yàn)過(guò)程中，要注重對(duì)GIS設(shè)備的特征進(jìn)行把握，保證在檢修過(guò)程中，能夠具有較強(qiáng)的針對(duì)性，從而對(duì)GIS設(shè)備的性能進(jìn)行較好的把握。在試驗(yàn)過(guò)程中，需要保證GIS設(shè)備和試驗(yàn)人員的安全性，做好充分的準(zhǔn)確。同時(shí)，在對(duì)GIS設(shè)備試驗(yàn)過(guò)程中，要對(duì)GIS設(shè)備試驗(yàn)原理進(jìn)行把握，并對(duì)具體的試驗(yàn)步驟以及相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)，以保證GIS設(shè)備檢測(cè)試驗(yàn)取得較好的效果。

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Application of PKPM Software in External Wall on Seismic Performance of Brick Masonry Building

Wang Simin,Yu Zhaoyuan,Sun Lanxi,Shi Xin
（1.School of Civil Engineering North China University of Technology，Beijing,100144）

Through the study of dynamic characteristic test and seismic performance test,it is concluded that two kinds of reinforcement methods,external wall and steel plate,are effective to the structure Seismic performance.After the brick masonry house is strengthened,the local deformation of the brick wall of brick masonry house is improved,and the reinforcement effect is remarkable.

Brick Masonry Building;Seismic Performance;external wall;steel plate

致謝:本項(xiàng)目由北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃“磚砌體房屋加固性能研究”資助，特此感謝。