1、某化工廠精萘框架結構鑒定和加固分析 1. 緒論 1.1 選題背景及意義 鋼筋混凝土結構是目前人類使用最為廣泛的結構形式,例如目前在我國混凝土的使用量已達到 500 多億立方米,并且每年還在以相當大的速度增加。在工業建筑中其運用更為廣泛 ,但是由于人為因素,自身老化和地理條件等影響結構在使用 30-50 年之后會出現一定的損傷和安全隱患。在這種情況之下,推倒建筑物重建需要投入大量的資金,一般采取加固措施或進行加層來降低產生安全事故的概率1。混凝土加固技術發展至今已經有了幾十年,從二戰結束到如今混凝土加固技術大致經歷了三個發展階段2,第一個階段為房屋的大規模新建階段,由于二戰的進行,大規模的房屋倒

2、塌,在二戰結束之后需要新建大量的房屋。第二個階段為舊房屋加固改造和新房屋大規模建設并行階段,隨著技術的發展和人們生活質量的提高,以前老舊的建筑已經不能滿足人們的要求,這就需要對舊建筑進行大規模的改造與加固,同時由于不斷增加的人口數量,舊有的房屋數量也不能滿足居住要求,需要建設大量的房屋來滿足要求。第三階段為房屋的維修加固和現代化改造階段,這階段產生的原因主要是越來越多的結構老化和舊有的結構形式不能滿足現代化的生產生活要求。我國也會經歷這三種階段,根據現階段的國情我國正在處于建設的第二階段,并且逐漸的在向第三階段過渡,我國現有的接近 500 億平方米的房屋中一半房屋有老齡化現象,其中百分之二十到

3、四十的房屋需要進行相應的加固處理才能使其滿足正常的生活和工作要求。所以結構鑒定和加固技術的研究在國家的建設發展中逐漸顯得越發重要。 結構的加固技術隨著房屋的結構學發展而發展,結構加固有多種原因,第一由于混凝土或砌體結構的設計理論是極限狀態設計法,這種設計方法需要滿足結構的安全性,適用性和耐久性等設計要求,但是由于施工質量和施工中各種限制等,最終的結構并不能夠滿足各種需求。比如由于施工方案選取不當,或者設計方案選取不當或者是由于在施工過程中結構的設計規范各種指標要求提高,再或者由于在施工過程中偷工減料使得結構中產生缺陷而導致結構耐久性和承載力不足。第二,有些結構在施工過程中由于種種原因需要改變其

4、使用用途,導致結構的荷載分布和荷載大小都與原結構不同,從而使得結構的剛度和承載力不能滿足要求,所以需要對現有結構進行相應的加固。第三,我國現階段有許多混凝土結構使用了 20 -30 年,結構已經產生了老化現象,其承載力和剛度在環境的影響之下都有一定程度的下降,針對這種情況需要對結構采取加固措施以保證其正常的使用。 最后由于人為或者自然災害等原因比如地震,臺風,海嘯等對結構造成一定的損害,結構需要進行相應的加固3-5。 . 1.2 國內外研究現狀 我國的混凝土加固處理起始于上個世紀五十年代,隨著我國五十年代大批建造的工業廠房,民用建筑等的老化,還有頻繁的自然災害,近些年來加固技術得到了非常大的發

5、展。我國在多年對自身建筑物加固和對外國加固技術的學習當中,已經研究出了一套符合我國國情的加固方法,隨之形成了比較配套的,系統的加固技術和工藝,同時還頒布了一系列的結構加固規范,如:混凝土結構加固規范等。但是近些年來,我國技術人員習慣于使用固有的加固技術,缺少對理論的進一步理論研究,加固水平提升較慢,總的來說我國的加固技術水平相對于西方國家來說還是較低,結構加固還有以下一些問題需要解決: (1)我國缺少結構加固的相關軟件,在國外已經有一些被稱為建筑指紋系統的結構智能分析系統用于結構的檢測和分析,我國雖也有一些加固軟件但是仍有許多的不足需要完善。 (2)從事實際結構加固的人員一般都是從事基礎建設的

6、施工隊伍,缺少相應的理論知識和工作經驗,由于加固的復雜性,在實際的施工過程之中很有可能與設計圖紙的要求產生偏差,造成實際結構和設計結構不同,從而達不到規范要求的情況。 (3)我國雖然有了一套加固規范,但是還是沒有形成一整套結合了結構檢測、鑒定和評估,加固方法,施工和質量評估等各個環節的完整標準體系。 (4)結構在加固之后其存在著二次受力問題,如:由于加固之前結構中已經存在著一定的彎曲和壓縮變形,新加的結構部分要在施加了荷載之后才會出現應力,應變,所以新加的結構有一定的應力、應變滯后現象,導致新舊結構不會同時達到應力峰值,這就需要在結構加固前進行力的卸載。新舊結構同時還存在整體問題,其之間的剪力

7、有效傳遞問題急需解決。 . 2.結構的檢測與鑒定 2.1 概況 某化工廠精萘框架建于 1993 年。采用混凝土框架結構體系。AD 軸為單層框架,平臺高度為 11.480 米;DF 為錯層框架,平臺高度為 8.980 米、14.480米。框架總長 30 米,寬 15 米,橫向柱距為 6 米,縱向柱距為 7.5 米。框架柱基礎為鋼筋混凝土獨立基礎,框架為露天無圍護結構。外貌如圖 2.1 所示。框架結構使用至今,出現不同程度的破損,如柱、梁等結構件出現破損現象。出于對該建筑安全生產的重視、關心,需對該框架現有結構進行可靠性鑒定,解決結構可能存在的問題,為該框架的加固處理或決策提供技術依據。 . 2.

8、2 鑒定依據 (1)綜合鑒定標準 工業建筑可靠性鑒定標準(GB 50144-2008) 建筑抗震鑒定標準(GB 50023-2009) 危險房屋鑒定標準(JGJ125-99,2004 年版) 建筑結構可靠度設計統一標準(GB 50068-2001) (2)荷載及結構驗算 建筑結構荷載規范(GB 50009-2012) 混凝土結構設計規范(GB50010-2010) 建筑抗震設計規范(GB 50011-2010) (3)檢測 建筑結構檢測技術標準(GB 50344-2004) 混凝土結構設計規范(GB50010-2010) 混凝土結構加固設計規范(GB 50367-2013) 鉆芯法檢測混凝土強

9、度技術規程(CECE03 :2007) 回彈法檢測長期混凝土抗壓強度(JGJT 23-2011) . 3.結構的加固分析. 26 3.1 加固方案的選擇 . 26 /:請記住我站域名/ 3.2 加固后結構承載力的計算 . 26 3.3 SAP2000 對加固后結構承載力的計算的審核 . 29 3.3.1 SAP2000 軟件的介紹 . 29 3.3.2 SAP2000 靜力計算結果 . 29 3.3.3 SAP2000 與 PKPM 計算結果的對比小結 . 33 3.4 加固前后結構計算結果對比小結 . 35 4.結構的靜力彈塑性分析. 37 4.1 靜力彈塑性分析的

10、簡介 . 37 4.2 靜力彈塑性分析的原理 . 37 4.3 加固后 結構的彈塑性分析 . 38 4.4.靜力彈塑性分析的結論 . 45 5.結論與展望. 46 5.1 本文的結論 . 46 5.2 展望 . 46 4.結構的靜力彈塑性分析 由于本結構為錯層結構,為不規則結構,結構薄弱部位在遭遇強震時可能導致結構發生嚴重破壞,故需要對其進行多種地震下的彈塑性分析40。本章選用SAP2000 軟件對結構進行靜力彈塑性分析(pushover),以探討結構在強震下的抗震性能。 4.1 靜力彈塑性分析的簡介 靜力彈塑性分析是指在結構的側向單調遞增的施加水平荷載,直至結構模型的控制點目標位移或結構破壞

11、為止。在每增加一級荷載之后,若結構產生了塑性鉸,總體剛度將發生變化,則必須在更改結構的剛度矩陣之后再繼續施加下一級荷載;該方法可以根據性能點處的最大位移和層間位移角,以及塑性鉸的發展過程來衡量結構的抗震性能41-44。該方法相比非線性動力時程分析法來說,分析時間和計算量都大大的減少,而且分析結果更加穩定。荷載位移曲線不能用結構圖上的一點的位移來確定代表結構抗震性能的“目標位移”,軟件采用基于 FEMA356 的“目標位移法 ”和基于 ATC-40 的“能力 譜法”來將結構等效成單自由度結構體系。本文采用能力譜法,該方法的基本 思路是建立兩條相同基準的譜線:一條是荷載-位移曲線轉化而成的以譜加速

12、度 為縱坐標以譜位移dS 為橫坐標能力譜,另一條為有中國規范加速度反應譜轉 化而成aS -dS 反應譜,兩條譜線的交點即為反應結構抗震性能的性能點。 . 結論 本文對某化工廠精萘框架結構進行了檢測與鑒定,并且對結構進行了相應的加固處理,通過軟件 PKPM 和 SAP2000 軟件進行相應的驗算得出了以下結論: (1)本文對某化工廠精萘框架進行了以下鑒定過程:技術檔案的核實,結構現狀的檢查,包括結構框架的破損現狀的檢查,結構材料強度的檢測,結構靜力分析。經鑒定結構破損嚴重需要對其進行處理,對于破損較輕的構件進行鋼筋除銹,保護層修補處理,對于破損較嚴重的構件還需進行加固處理。 (2)本文用外包型鋼加固法對結構部分構件進行加固,通過結構的靜力計算,加固的柱子軸壓比明顯降低,結構的整體剛度增加而導致周期減小。表明這種加固方式在修復了構件的同時還增加了結構的承載力和剛度。 (3)