注胶加固震损混凝土框架模型振动台试验研究.pdf
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1、第 3 9卷第 9期 2 0 1 2年 9月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h n i q u e De v e l o pme n t Vo 1 3 9。 No 9 S e p 2 01 2 注胶 加 固震 损 混凝 土 框 架模 型 振 动 台试 验 研 究 陶 磊余江滔 陆洲导 张远淼 肖 芳 ( 同济 大 学结构 工程与 防 灾研 究所 , 上 海2 0 0 0 9 2 ) 摘要 为了研究注胶加 固技术 的有效性 , 采用数种地震波形 , 对一栋双跨 8层混凝土框 架缩尺模 型( 缩 比为 1 : 4 ) 进 行 了模 拟多种烈度地震振 动台预震损试验 , 框架
2、模型损坏后采用注胶加 固技术修复框 架震损裂缝 , 然后对 框 架模 型进行相 同的模拟 多种烈度地震振 动台试 验。 比较混 凝土框架 模型在 注胶加 固前后 的抗 震性能 , 研 究 了框架模 型的 自振特性 以及在不 同地震烈度下 的楼层 刚度 。试验结 果显示 , 经过 注胶加 固后的混凝 土框架 模 型具有 良好的抗震性能 , 表 明注胶加 固技术可 以有效地修复震损后的混凝土框架结构 。 关键词 混凝土框架 ; 注胶技术 ; 加 固 ; 结构动力特性 ; 楼层侧 向刚度 中图分 类号 T U 3 1 7 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2
3、 ) 0 9 0 0 0 6 0 5 S HAKI NG TABLE M oDEL TES T oN S EI S M I C PERFoRM ANCE oF PRE DAM AGED RC FRAM E RETRoFI TTED BY EPoXY I NJ ECTI ON TECHNI QUE Ta o Le i Yu J i a n g - t a o L u Zh o u - d a o Zh a n g Yu a n - mi a o Xi a o Fa n g A b s t r a c t Ke y wo r d s 我 国是 地 震 发 生较 频 繁 的 国家 , 发 生地 震
4、时大 多数建筑结构均会遭到不同程度的损伤。汶川大地 震后经检查大部分框架结构整体性 尚好 , 损害较轻 , 仅局部有较大损伤, 属于可修范畴 。因此 , 需对 损 伤较 小或仅 局 部有较 大损 伤 的建筑进 行修 复和加 固补强 。注胶 加 固作 为 震 损 加 固技 术 的一 种 , 在建 筑结构加固方面具有独特 的优势 , 在实际工程 中应 用较广 。环氧树脂注胶加固技术 已有很长的发展历 史 , 但是研究 的焦点 主要 集 中于加 固混凝 土框 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 61 5 作者简介 : 陶磊 ( 1 9 8 7 ) , 男 , 甘肃酒泉人 , 同济大学硕士研究生在读
5、主要研究方 向为工程抗震 , 结构检测与加 固技术 。 6 架 、 梁 、 板 、 柱 以及 节 点 的裂 缝等 方 面 。针 对混 凝 土 框架整体进行抗震性能的加 固试验和理论研究还相 对较少 , 特别是针对混凝土框架整体的振动 台试验 研究 在 国 内 目前 还 尚属 空 白。为 此 , 本 文 对一 经 过 振动 台震损 的 8层半 再生 混凝土 框架模 型采 用环 氧 树脂 注胶 加 固技 术 进行 加 固 , 然 后 对 加 固后 的模 型 再 次进行 了模 拟地震 振 动台试 验 。 1模型 的设计 制作 与加 固 考 虑振动 台设备 性 能参数 、 试验 室软 硬件条 件 ,
6、设计试验模型为相似比 1 : 4的双跨 8层钢筋混凝 土 框 架 , 模 型平 面尺 寸为 3 4 m 3 4 m, 层 高 0 7 5 m, 总高度 为 6 m。模 型 制 作 时 采用 木 模 , 完 工后 的模 型如 图 1 所示 。 畦 m 2 =耄 耐 _|、 _善 一 一 一 l= h 一 _景 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 毫 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 第 3 9卷 陶 磊 , 等 : 注胶加 固震损混凝土框 架模型振动 台试 验研 究 第 9期 图 1 未 震 损 的 8层 半 再 生 框 架 模 型 混 凝 土框
7、架模 型总 质量 为 2 3 5 6 t , 其 中模 型 为 1 0 1 1 t , 附加人 工 质 量 块 9 3 2 t , 底 座 质 量 4 1 3 t 。 模 型材 料采 用 半再 生混 凝土 和镀 锌铁 丝 。半再 生混 凝 土 的粗 骨料 来 自建 筑垃 圾 , 细 骨料 为新 砂 。半 再 生 混凝 土 的施 丁方 法 、 振捣 方式 、 养 护条件 都 与普通 混 凝 土十 分相 似 。半再 生混 凝 土实测 平 均抗 压强 度 为 7 3 4 MP a , 弹性 模量 为 l 1 4 0 3 6 3 MP a 。 框 架 模 型 养 护完 成 后 , 在 同济 大学 土
8、木 工 程 防 灾 国家重 点实 验室 的振 动 台试验 室进 行振 动 台震损 试 验 。试 验后 采用 压力 注胶 技术 对震 损后 的框 架模 型进行裂缝修复。加 固采用的材料为 由 A r a l d i t e 公 司生 产 的 X H1 6 0环 氧树脂 胶 裂缝 修 补胶 , 为双 组分 冷 固化无 溶剂 环氧 树脂 灌 注剂 。加 固时首 先逐 层加 固框 架梁 、 柱 , 梁 、 柱 加 固 完毕 后 再 从 下 到 上 逐层 进 行 楼 板裂 缝 的注胶 加 固 。注胶加 固的流程 可 以概括 为 : a ) 钻孔一 b ) 清 除孔洞 粉 尘及 颗 粒 一 c ) 放 入
9、 注胶 针 头一 d ) 涂 裂 缝 封 闭胶 一 e ) 进 行 压 力 注 胶 一 f ) 楼 板 注 胶加 固 。注胶 加 固后 的框 架 模 型 如 图 2所 示 。 加 固完成 后静 置养 护 框 架 2个 月 , 然 后 进 行 再 次振 动 台试验 。再 次振 动 台试验 的地 震 动输入 工 况与初 次试 验一 致 。 2振 动 台试 验 2 1试 验 工 况 根据 原 型 场地 条 件 及 原 型结 构 的动 力特 性 , 选 定 4种 地震 波 作为模 拟 地震振 动 台 的输入 波 。试验 时实 际输入 地震 波 的峰 值 、 时 间等 参 数 按 相似 比系 数 的要
10、求进 行 调整 , 以模 拟 多种烈 度 的地震 作用 , 试 验 工 况 见 表 1 。选 定 的地 震 波 分别 为 We n c h u a n波 ( 汶川波 , 表 1中简称 W) 、 M Y G 0 1 3波 ( 仙 台波 , 简 称 M) 、 E 1 c e n t r o波 ( 简 称 E波 ) 和 K o b e波 ( 简 称 K 波 ) 。 图 2 震 损后 经过注胶加固的框架模 型 表 1结构模型振 动台试验 工况 工况序号 输人工况 峰值加 速度 g 地震记录 方向 1 白噪声 0 0 5 l WN X , Y 2 5 八度多遇 0 0 8 4 W, M, E, K X
11、, Y 6 9 八度多遇 0 0 8 4 W, M, E, K X Y z 1 0 白噪 声 0 0 5 2 WN x Y l l一1 4 八 度 基本 0 2 4 W , M, E, K X Y 1 5一l 8 八度基本 0 2 4 W, M, E, K X , Y z l 9 白噪声 O 0 5 3 WN X , Y 2 0 2 3 八度罕遇 0 4 8 W, M, E, K X Y 2 4 2 7 八度罕遇 0 4 8 W, M, E, K X, 、 , z 2 8 白噪声 O O 5 4 WN X , Y 2 9 3 O 八度半罕遇 0 6 1 2 W, E X , Y , z 3 1
12、 白 噪 声 O 0 5 5 WN X , Y 2 2 测 点 布 置 在模 型 、 Y向各 楼层 均布 置 1 个 压 电式 加速 度 传感 器 , 分别 量测 模 型 和 Y方 向加 速 度 响 应 。在 、Y向底层与顶层上各布置 1个位 移传感 器, 用于 测定 模 型 的绝 对位 移 响应 。 2 3 试 验现 象 初次 振动 台试 验后 框架 1 8层 的梁 、 柱 普遍 开 裂 。裂缝 出现 的位 置 如 下 : 1 ) 在 梁 柱 交 界 面处 普 遍 出现 了宽 度 较 大 的裂 缝 , 破 坏 严 重 ; 2 ) 部 分 框 架 梁 端形 成交 叉斜 裂缝 , 裂缝 延伸 至
13、节 点 区 , 部分 梁端 下 部 的混凝 土压 碎 , 露 筋 ; 3 ) 由于 配 重 以及 z向 地 震 动 的输入 , 框 架梁 的跨 中底 部 也 较 普 遍地 出现 了裂 缝 , 但未延伸到梁顶 。d ) 1层 的部分柱及 5层 以上 的大 部 分 框 架 柱 出 现 裂缝 , 5层 以上 少量 柱 端 有 混 凝土压碎 , 露筋 现象; 5) 在板的所有负弯矩 区出现 7 第 9期 陶 磊 , 等 : 注胶加 固震损混凝土框架模型振动 台试验研 究 第 3 9卷 裂缝 。框架模型结构 总体破 坏趋势为上层破 坏严 重 , 下层破坏相对轻微。 再 次 振动 台试 验后 , 框 架
14、模 型 的破 坏模 式 有 如 下 变化 : 1 ) 注 胶 加 固后 的裂 缝 基 本 没 有 重新 开 裂 , 所 有 的裂缝 均为新 产 生 的裂 缝 ; 2 ) 梁 上裂 缝 数 量 明 显减少 , 柱和楼板 仅有极少数新产生 的裂缝 ; 3 ) 由 原 来 的梁 、 柱 交界 面破 坏变 为梁端 破 坏 , 新 出现裂 缝 距离梁柱交界面 0 51 0倍梁高 ; 4 ) 框架梁 、 节点 的破坏 趋 势 为 下 层 破 坏 程 度 与 初 次 振 动 台 试 验 相 近 , 而 上层 破坏 明显轻 微 。再 次振 动 台试 验 后 68 层 的裂缝 数量远 少 于初次 振动 台试 验
15、 。加 固后 框架 模 型 下部 破坏严 重 , 上部破 坏较 轻 , 这与初 次试 验有 明显 差异 。 3 模 型 动力特 性 通过 白噪声扫 描测得 振 动 台台面输 入加 速度 时 程 和模 型结构 各加 速 度 测 点反 应 时程 数 据 , 利 用振 动台试验数据采集分析系统 , 获得各测点加速度反 应相对于振动台台面输入加速度时程在各离散频率 点处的传递 函数 ( 为复数形式) 。根据传递 函数虚 部进 行结 构 自振 频 率识 别 , 采 用半 功 率 法 一 计算振型阻尼 比。框架模型初次试验与再次试验过 程 中 5次 白噪 声测试 得 到的第一 、 二 阶 自振频 率 、
16、振 型及阻 尼 比列 于 表 2 。从 表 2中 可 以看 出 , 随 着 地 震 波加 速度 峰值 的增 大 , 模 型 裂缝 的不 断 发展 以及 塑性变 形 的增 加 , 模 型 的各 阶频 率都呈 下 降趋势 , 阻 尼 比基 本呈增 大 趋 势 。其 中初 始模 型 、 加 固模 型 在 遭受 8度半罕遇地震后 , 一 阶频率分别下降为八度 多遇前的 3 8 、 5 3 , 阻尼 比分别增 长为八度多遇 前 的 2 9 7 、 1 9 3 。说 明加 固后 框 架 比初 始 框架 的 破坏程度小 , 导致残余刚度比初始框架大 ; 而加 固后 框架较轻微的开裂也使裂缝间的摩擦耗能作用减
17、 弱 , 表 现 出较小 的阻尼 比。 表 2 自 噪 声激 励 下 模型 结构 自振 频 率 、 振 型 及 阻 尼 比 初次振动台试验 再次振动台试验 序 号 第一 阶 第二 阶 第一 阶 第二阶 频 率 H z 阻尼比 振型 频率 H z 阻尼比 振型 频率 H z 阻尼比 振型 频率 Hz 阻尼 比 振型 1 7 7 5 1 7 4 5 3 1 5 9 5 6 8 1 5 9 8 7 4 八度 多遇前 向 Y向 x向 Y向 ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) ( 1 0 0 ) 1
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