增大截面法加固钢筋混凝土框架的抗震性能研究.pdf

7 3 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e Te c hn ol o r v 第 4 6卷第 8期 2 0 1 5年 8月 、 b1 46 No 8 Au2 2 01 5 增大截面法加固钢筋混凝土框架的抗震性能研究 廖怡萱 ( 天津大学建筑工程学院，3 0 0 0 7 2 ，天津) 摘要：为研究钢筋混凝土框架采用增大截面法加固后的抗震性能，采用有限元软件 A N S YS 建立 4 榀 3层 4 跨钢筋混凝土框架模型，其中 1 榀为原型对比框架，其他 3 榀采用增大截面法分别加固 1 层、2层和 3 层全部框架柱，在有限元分析软件中对框架模型进行低周反复破坏分析，对比出加固前后结构的承载能力， 变形能力，以及抵抗地震力的能力，分析建筑结构加固后眭能。研究结果表明，不同加固量下的混凝土框架 均有较好的滞回耗能性能和塑性变形能力以及延性 ，加固越多承载力提高越大，延性并没有受到影响，增大 截面发加固混凝土框架柱是较为有效且实用的加固方法。 关键词：增大截面法；混凝土框架；抗震性能；加固 中图分类号：T U 3 5 2 文献标志码 ：A 文章编号 ：1 o 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 7 3 0 一 O 3 S TUDY oN S EI SM I C BEHA VI OR OF RC FRAM E STRENGTHENED BY ENLARGI NG S ECTI oN M ETHoD UAO Yi x u an ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，T i a n j i n Un i v e r s i t y ，3 0 0 0 7 2 ，T i a n j i n，C h i n a ) Abs t r a c t ： Fo u r fin i t e e l e me n t mo d e l s o f RC f r a me b a s e d o n fini t e e l e me n t s o f t wa r e ANS YS we r e e s t a bl i s h e d t o s t ud y t h e s e i s mi c b e h a v i o r o f t h e f r a me wi t h s t r e n g t h e n e d b y s e c t i o n e n l a r g e me n t me t h o d On e mo d e l i s t h e o r d i n a r y RC fla me s t r u c t u r e the o the r s mo d e 1 a r e r e s p e c t i v e l y s t r e n g t h e n e d the c o l u l T l n s o f t h e fir s t flo o r ,t h e fir s t t wo flo o r s a n d t h e a l l t h r e e flo o r s T h e n t h e l O W c yc l e a n d r e p e a t e d l o a d wa s i mpo s e d o n t h e s e mo d e l s u n t i l t he y f a i l e d b a s e d o n fin i t e e l e me n t s o f t wa r e ANS YS Th e b e a r i n g c a p a c i t y ,d e f o r ma b i l i t y a nd s e i s mi c b e h a v i o r we r e c o mp are d a mo n g the s e s t r u c t u r e s I t i s s h o wn t h a t a l l h a d ma i n t a i n i n g g o o d e n e r g y d i s s i p a t i o n a b i l i t y ,e n e r g y d i s s i p a t i o n a b i l i ty a n d d u c t i l i ty u n d e r d i ff e r e n t a mo u n t o f s t r e n g t h e n i n g Th e s t r u c t u r e wi th mo r e s tre n g t h e n i n g h a d mo r e s i g n i fic a n t i mp r o v e me n t s o n t h e u l t i ma t e b e a r i n g c a p a c i ty,w h i l e t h e d u c t i l i ty h a d n o t b e e n r e d u c e d S e c t i o n e n l a r g e me n t me t h o d i s a v e r y e ff e c t i v e s e i s mi c s t r e n g t h e n i n g me tho d Ke y wo r ds ： a r g h a g s e c t i o n me t h o d ；RC f r a me ；s e i s mi c b e h a v i o r ；s t r e n g the n 对于大型钢筋混凝土结构中的构件，由于长期使 用以及结构功能改变等原因，可能出现原有结构承载 力达不到规范规定的承载力要求， 所以近年来对现有 结构的维护和补强加固技术逐渐弓 f起了工程界的广泛 关注 川 。加大截面法施工工艺简单、适应性强，并具 有成熟的设计和施工经验 ，适用范围广 ，有 良好的加 固效果和耐久性能，已经日益得到工程界的重视 。 本文基于工程实例，在结构层面上对采用增大截 面法的结构进行数值分析。根据原有结构及加固结构 建立有限元分析模型，分别对加固前后的结构性能进 行对比分析 。 1 结构概 况 本文 以某工厂厂房钢筋混凝土框架结构为原 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 6 0 6 作者简介：廖恰萱 ( 1 9 8 9 一 )， 女 ，天津市人，硕士研究生，e m a i l l i a o y i x u a n t j u e d u c n 型 ，设计 4榀 3层 4跨混凝 土框架模 型 ，如 图 1 所 示。框架跨度均为 7 m，层高均为 5 m。结构框架柱 和框架梁全部为普通钢筋混凝土矩形构件，框架柱 截面尺寸为 5 0 0 m m 5 0 0 m m，框架梁为截面尺寸 为 6 5 0 mm3 0 0 mm。整个框架结构均采用 C 2 5混凝 土 ，钢筋为 H R B 3 3 5 。图 1中阴影部分为需要加固的 框 架柱 。框架柱加固采用加大截面法 ，截面尺 寸由 5 0 0 mi l l 5 0 0 mm加 大 为 6 2 0 H u n6 2 0 i n l n ，具 体加 固方式如图 1 所示。 2 整体 式有限元模 型 2 1 计算模型与单元 本文采用非线性有限元方法来分析 1 榀 3 层两 跨的平面框架。为了反映混凝土构件的真实受力状 况，使用 A N S Y S Y软件中专为混凝土材料设置的 S O L I D6 5单元 口 来模拟整个结构 ，为了更详细地了 解加固后混凝土框架在低周反复荷载作用下的滞回性 建筑技术 第 4 6卷第 8期 载时出现一定的残余变形。所有框架的滞回曲线基本 呈梭形，可直观反映出该混凝土框架具有较好的滞回 耗能能力和塑性变形能力 ；该滞回曲线也具有较好的 饱满度，说明该框架滞回曲线的捏拢程度比较低，有 较好的耗能能力。结构达到极限荷载之后，随着位移 的增大，荷载开始下降，但下降的幅度相对较小，说 明该框架模型均具有较好的廷陛。 “， m m 图 8 框 架顶 层的 P 滞 回曲线 3 - 3 骨架曲线的对 比和分析 骨架曲线是通过滞回环包络曲线绘制的， 它能够较 为明显地反映结构的强度、变形等 邑 。为便于比较 ， 将所有结构的骨架曲线绘制于图9 。骨架曲线在正向与 反向加载时呈现出基本一致的变化趋势， 分别经历了弹 性、屈服和极限三个阶段。当骨架曲线进入非线 j介 段 后，加载刚度与卸载刚度逐渐减小，并且随循环次数的 增加降低幅度增大。加固后框架的抗侧刚度均高于未加 固框架， 且随加固层数增多， 抗侧刚度增大愈发明显， 说明加固对于抗震陛能有所改善。随着加固层数的逐渐 增大， 框架的整体刚度和水平承载力较原结构框架有了 较大的提高， 并目 保持了较好的延性。 极限位移，取水平荷载降至最大荷载的 8 5 时对应 的位移 ； 为屈服位移 ，由结构骨架曲线按照能量 法 求得 。 表 1 各框架骨架 曲线特征点 原结构 加固 1 层 加固 2 层 加固 3 层 峰值荷载 k N 1 l l 9 9 7 l 1 7 1 1 7 l 2 5 5 5 6 l 4 4 7 4 8 屈服位移 m m 9 3 0 5 9 0 2 7 l 2 6 7 5 8 5 - 3 1 极 限位移 mm 2 4 0 2 4 0 2 2 0 2 2 0 延性系数 2 5 8 2 6 6 1 7 4 2 5 8 极限位移角 1 5 0 1 5 0 1 1 O 0 1 】 0 O 由表 1 可以看出 ，加固之后结构的水平峰值荷载 均有提高，尤其是加固 3 层的框架模型，水平峰值荷 载提高明显。加固 l 层柱的结构的屈服位移与原结构 持平， 加固2 层和加固3 层的结构屈服位移有一定变化。 G B 5 o 0 1 1 2 0 1 0 建筑抗震设计规范中对于弹塑性层 间位移角的限值规定为 1 5 0 ，原结构和加固 1 层的结构 的层间位移角达到了规范的限值， 有一定的安全隐患， 加固2 层和加固3 层的结构层间位移角明显小于规定规 范的限值 ，满足大震不倒的抗震要求。对于加固 3 层的 框架结构来说， 其延性系数与原结构相同， 这说明增大 截面法加固混凝土框架柱， 可有效的提高结构的刚度和 承载力， 却不会影响结构的廷眭， 依旧可以保证其具有 良好的廷眭变形能力，满足抗震设防的要求。 4 结束语 ( 1 )不同加固量的框架的滞 回曲线均呈梭形 ， 反映出该混凝土框架有较好的滞回耗能性能和塑l生 变 形能力。 ( 2)随着位移的不断增大 ，荷载下降但幅度相 对不大 ，说明该框架模型均具有较好的廷 生。 ( 3 ) 加固之后结构能够承受的水平峰值荷载有 明显提高，尤其是加固全部 3 层框架柱的模型， 承载 力提高很大，并且保持了较好的廷眭。说明增大截面 发加固混凝土框架柱是较为有效且实用的加固方法 。 参考文献 图 9 顶层框架的骨架曲线 6 3 4 结构延性性能 结 构 的延 性可 由式 x = A A 计 算 ，式 中：A 为 【 】 赵彤 ， 谢剑 碳纤维布补强加固混凝土结构新技术 M 天津：天 津大学出版社 ， 2 0 0 1 黄建锋 ， 朱春明 ， 龚治国， 等 增大截面法加固震损钢筋混凝土框 架的抗震性能试验研究 J l 土木工程学报 ， 2 0 1 3 ， 4 5 ( 1 2 ) ： 9 - 1 7 王新敏 ， 李义强 ， 许宏伟 A N S YS 结构分析单元与应用 J _ 2 0 1 1 王新敏 A N S Y S 工程结构数值分析 M 人民交通出版社 ， 2 0 0 7 GB 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝土结构 设计规 范 【 S ， 2 0 1 0 叶列平，丁大钧 高强混凝土框架柱抗震性能的试验研究 J J l 建 筑结构学报 ， 1 9 9 2 ， 3 6 ( 8 ) ： 4 1 4 8 徐海峰 钢筋混凝 土结构抗 震问题分析 【 J 建 筑技术 ，2 0 1 3 ，4 4 ( 1 1 )：9 8 1 9 8 3