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钢结构加固技术应用
作者:jinyijiagu  来源:本站  发表时间:2020-7-13 20:19:44  点击:156
随着社会的发展,现阶段我国关于钢结构震害的基本知识与研究远远不够,针对钢结构震损加固的方法也更为欠缺,且钢结构的加固修复还需要考虑钢结构往复荷载作用后的影响。因此,全面的分析抗震受损破坏类型,并针对破坏类型给出合理的加固修复方法至为重要。

关键词:钢结构;震损加固;往复荷载作用

钢结构是一种轻质高强、弹塑性好,抗震性能以及抗冲击性能均较好的结构形式,常用于大跨度建筑物如剧院、体育馆等,且越来越广泛地应用在高层建筑中。然而,钢结构建筑在我国起步较晚,国内钢结构震害案例较少,且欠缺相应的加固准则;因此,如何制定合理、高效的加固方案尤为重要。

1.地震作用下钢结构常见破坏形式

地震作用有明显的随机性,导致结构损坏程度及部位具有不确定性。钢结构建筑的震损主要归结于以下几个方面:构件损坏、节点处破坏、结构变形过大以及结构整体失稳。

1.1外露式钢柱脚破坏

几种常见的钢柱脚中,外露式柱脚的抗震性能最弱。外加的倾覆力矩往往导致柱脚处混凝土的拉压破坏、锚栓拔出等损坏。

1.2梁柱连接节点破坏

目前,节点部位被普遍认为是抗震设计的薄弱环节。国外已有大量的梁柱刚性节点破坏的案例。例如,日本阪神地震中外伸横隔板的箱形柱与焊接H型钢梁

图1柱脚混凝土崩裂图2梁柱连接节点破坏

连接节点由于刚度较大而存在较大弯矩,端部焊缝冲击韧性较低,且现场施焊存在缺陷,最终导致节点连接处的强度不足。

1.3钢柱脆性断裂

曾有一钢框架结构中出现大量钢柱断裂,且破坏集中出现在一定区域内,受损的程度不一,但均为脆性受拉断裂。这主要与地震的高速往复荷载有关。

1.4柱间支撑以及连接部位破坏

支撑与节点板连接的破坏和支撑与柱之间的破坏是较为常见的,形态主要为整体失稳或局部失稳。支撑体系用于提高结构的抗侧刚度,主要承担地震水平力;但在往复荷载作用下,容易发生整体失稳,进入塑性屈服状态。螺栓连接支撑还可能出现节点板端部剪切破坏、螺栓孔间剪切破坏和构件削弱处断裂等。

图3钢柱脆性断裂图4斜撑杆件屈曲

1.5大跨度钢结构破坏

大跨度的钢结构最常见的一种破坏是构件局部失稳。这是由于构件的宽厚比、高厚比过大导致构件局部发生屈曲;在往复荷载作用下,进而引发低循环疲劳和构件断裂。因此,严格控制构件的截面尺寸是关键。屋盖支座螺栓的破坏、网架结构周边支撑衔接的杆件破坏等也较为普遍,例如,高低多跨的网架结构的高低跨交界处易发生破坏。这由于支座两端的形式存在力学性能的差异:低跨的支撑结构相对较强,而高跨部分的支撑较弱。

1.6结构倒塌和层间破坏

墨西哥地震中,某一综合大楼局部倒塌,其余楼层也遭受在不同程度的损坏;主要原因是偏位设置了纵横向垂直支撑,引起结构的整体刚度中心与质量中心相距过大,存在了较大的扭转效应。

2.钢结构震损加固设计的原则

依据相关的震害分析与研究,钢结构震损加固的设计原则宜合符:

①加固措施优先加强结构整体抗震性能。并针对具体损伤部位,进行区段、构件或整体的加固。

②在加固布置新增构件时,需消除、减少局部加强导致结构整体刚度或强度的突变等不利因素。

③加固措施中新增构件需保证与原有构件之间有可靠连接;新增竖向构件(柱、抗震墙)应保证有可靠的基础。

④加固所用的材料与原结构的材料一致时,其强度的等级不应低于原结构材料的等级要求;其余的力学性能应根据需求进行确定。

⑤对不规则的建筑,加固布置应尽可能使结构质量和刚度分布对称均匀。

⑥对局部存在薄弱、易损部位和结构连接部位,应加强局部设计措施。

3.钢结构的加固方法

3.1柱脚加固

拧紧松弛的地脚螺栓,剔除已崩裂的混凝土;采用钢柱底部增设钢筋混凝土围套的方法植筋将新混凝土部分与基础连接。

3.2斜撑加固

截面的尺寸小、长细大的斜撑,在变形不大时,可直接采用增大截面法加固;若变形较大,可更换斜撑等构件。同理,受弯杆件和受压杆件也可通过增大截面来提高抗震承载力。

3.3格构柱加固

格构柱加固方法:主要通过更换压曲杆件和连接部位断裂的构件;当柱头和柱脚杆件压曲时,应直接贴焊整块钢板进行修补;另可在钢框架结构的一定部位增设耗能减震装置,增加原结构的抗震保障措施。

4.小结

本文分析了几种常见破坏,提出了钢结构震损的加固原则。钢结构加固应根据实际情况制定合理的方案;最后,文中总结了几种常用的加固方法作为参考。
 

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