隔震技术在既有砌体建筑抗震加固中的应用分析及梁柱节点研究.pdf

267江西建材2023年5 月工程技术与应用隔震技术在既有砌体建筑抗震加固中的应用分析及梁柱节点研究李武助南昌全景实业有限公司，江西南昌330000摘要：文中以既有砌体建筑结构为研究主体，采用有限元分析法评价梁柱节点特性，总结隔震技术应用经验。经由明晰抗震加固点位、完善抗震加固方案、上部结构优化设计、合理安装隔震支座等实践运用路径，进一步有效改善既有砌体建筑结构的抗震性能。关键词：隔震技术；抗震加固；梁柱节点；承载力中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 5-0 2 6 7-0 3Seismic Isolation Technology Applied to the Analysis of SeismicReinforcement of Existing Masonry Buildings and the Study of Beamand Column JointsLi WuzhuNanchang Panorama Industrial Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330000Abstract:This paper takes the existing masonry building structure as the main research body,uses finite element analysis method toevaluate the joint characteristics of beams and columns,summarizes the application experience of seismic isolation technology,and effectivelyimproves the seismic performance of existing masonry building structure by clarifying the seismic reinforcement point,improving the seismicreinforcement scheme,optimizing the superstructure design,and reasonably installing seismic isolation supports.Key words:Seismic isolation technology;Seismic reinforcement;Beam and column joints;Bearing capacity0引言所谓的砌体建筑实则是以砌体结构为主体建成的建筑物，涵盖石结构、砖结构，因其具有节能性、稳定性以及优良的保温隔热性，逐渐在我国建筑工程领域广泛应用。为进一步应对地震灾害，需借助隔震技术弥补建筑物抗震性能的缺陷，科学制定抗震加固计划，以期加固后的建筑物具备较强的抗震能力1-2 隔震技术在既有砌体建筑抗震加固中的梁柱节点特性1.1节点承载力砌体建筑结构已从粘土砖逐步向空心砖发展，此类砌筑材料往往需要使用多达7 d熟化时间的生石灰，外加硬化石灰膏配制砌筑砂浆，同时，可以利用湿润处理法，确保材料含水率在10%15%以内，使砌体建筑结构性能优良。为了解决既有砌体建筑结构抗震性能差的问题，应积极开设抗震加固改造工程，依靠隔震技术优化建筑结构性能。可采用有限元分析法评估梁柱节点特性，便于改造后的梁柱节点拥有均匀的受力状态3 。通常在抗震加固中应用隔震技术时，梁柱节点多具有两种方法：上下柱先预制，后浇筑；整体预制，然后在节点处灌注。在梁柱节点受力分析环节，需比较隔震技术应用前后节点承载力的变化情况。于梁端载荷传递期间，会造成翼缘板尾部作者简介：李武助（198 0-），男，江西东乡人，本科，工程师，主要研究方向为建筑工程技术。出现高切应力，即使达到屈服状态也很难消除应力，其残余应力甚至可超过2 8 7 MPa，最终引起梁柱节点失效的后果，故而进行抗震加固很有必要，进行加固后节点承载力将有所增强，如表1所示，具体可根据有限元分析后误差率（f）来验证抗震加固效果。加固处理后梁端载荷能够实现加劲肋、腹板等多部分同步分散，不易产生开裂风险。Fm-Fa+10%usFus(1)式中：Fus为极限承载力实验值（kN）；F.为极限承载力有限元值（kN）；f 为误差率（%）。表1梁柱节点承载力有限元分析结果负载等级SSpSF./kN359.8336.6324.1308.8Fu/kN382.8364.4331.6312.3J1%6.07.62.31.11.2节点耗能能力在梁柱节点耗能能力分析期间，可参照下述公式确定能力强弱情况。=(2)式中：为节点转角（）；为梁柱加载点位移量（mm）；。为梁柱弹性变形段位移量（mm）；l 为梁长度（mm）。同时。也可以结合公式（3）予以分析，从中知晓位移与梁抗弯刚2682023年5 月工程技术与应用江西建材度（EI）的关系。式中：P表示施加载荷点外载荷值（kN）;EI 是梁抗弯刚度（M Pa）。在梁柱节点达到受力极限情况下，此时形成的位移属于极限位移，多数时候是指位移降幅为8 5%极限承载力对应位移量。在有限元分析模型内，对砌体建筑结构进行抗震加固后，此时耗能能力将随之提升，位移量得以减小，证明增设加腋板可适当改善耗能能力，对梁柱薄弱处起到舒缓作用41.3节点刚度延性梁柱节点在抗震加固后也要对其刚度及其延性特性予以分析，于非负载作用下予以加固，此时形成的延性往往比负载状态下节点延性强，而加腋板增设后对应的节点承载力也将提高，对应的延性也更大。通过分析伸长率（A。）和刚度系数（k），可辅助相关人员掌握结构延性特征，尤其在既有配筋砌体建筑结构中，如表2 所示，能知晓延性变化的规律。至于刚度，在应用加腋板后刚度退化速度能受到抑制，由此强化抗震性。L-LA.=L100%(4)式中：L为断后标距（mm）；L。为原始标距（mm）。EAk=(5)式中：A为梁柱配筋截面积（mm）；E为钢筋弹性模量（10 N/mm）；L为配筋长度（m）。表2既有配筋砌体建筑不同钢筋直径下性能参数特征钢筋直径/mm10121416抗压强度/MPa349.8357.3375.8393.5轴心抗压强度/MPa511.4545.2569.7577.4弹性模量/（10 Nmm）2.02.01.91.94./%21.623.527.133.22隔震技术在既有砌体建筑抗震加固中的应用路径2.1明晰抗震加固点位在既有砌体建筑抗震加固中应用隔震技术，其最终目的是增强建筑结构的抗震性。因此，需在加固前先行了解抗震加固点位，而后确认加固步骤。参照2 0 19版抗震设计标准，要求砌体结构中使用的多孔砖等材料至少需具备高于MU10的强度等级，砂浆强度宜高于M5；小型空心砌块强度标准为 MU7.5，砂浆强度 M7.5，梁柱节点强度需在C30以上，搭配的构件强度需高于C20。既有配筋砌体结构中钢筋抗压强度和屈服强度实测值比例需在1.2 5 以上，同标准强度的比例要低于1.3，促使建筑结构中按照公式（4）所得的钢筋总伸长率实测值在9%之上。所选用的钢材伸长率都要超出2 0%，待加固后理应符合上述要求，才能达到提升抗震性目的。在应用隔震技术前务必了解既有砌体建筑结构现有抗震水平，而后针对不达标的部分实施抗震加固处理。同时，还需根据水平地震影响系数（k水平）计算结果评估抗震加固后达标情况k水平=gki(6)式中：g为地震加速度时程最大值（cm/s）；K 为放大系数（取值2.2 5）。在不同抗震设防烈度下（g）存在差异性，如6度抗震设防烈度下多遇地震（g）为18 cm/s，罕遇地震条件下为12 5 cm/s，7 度抗震设防烈度下多遇地震与罕遇地震下（g）分别为3 5 cm/s、2 2 0 c m/s，多遇小震时（k）水平为0.0 8，中震为0.23，大震为0.5，随着抗震设防烈度的增加（g）值随之增大。Pl3。(3)3EI抗震加固前需将抗震标准不合格的部位列为重点加固区域。2.2完善抗震加固方案首先在确定好加固点位后出具完善的改造方案，采用有限元分析法建立仿真模型，以此验证该方案的可行性。一般情况下，在建筑结构中多涵盖隔震与非隔震结构。假设在7 0 0 mm梁高，5 7 0 mm梁宽参数下使用高度为1.5 m的隔震支墩，此时构建的建筑结构模型，可通过仿真分析结果规范抗震加固流程。抗震加固中应用隔震技术，其中所用材料多以铅芯橡胶支座、天然橡胶支座为主，需在对比分析中验证最适合的隔震支座类型。通过仿真模型可评价两种不同支座使用后对应的质量、周期以及层间剪力差异，在质量对比中天然橡胶支座数据更小。在模拟场景内，若处于非隔震状态下仿真模型使用天然橡胶隔震支座时，形成的周期略比铅芯橡胶隔震支座大，参照下述公式即可求取不同隔震支座层间剪力差值。SAP2P200-YJK100%（7)差YJK式中：SAP2000为天然橡胶隔震支座层间剪力（kN）；Y JK 为铅芯橡胶隔震支座层间剪力（kN）。在对比后即可通过差的结果确定隔震性能特征，即两种支座在层间剪力方面误差未超过3%，验证其层间剪力作用相差无几。此外，还可分析隔震结构模型隔震效果，利用下列公式研究线性隔震系统下橡胶隔震支座实际隔震作用。MT,=2元(8)=一C.T,4元/M式中：T,与分别表示自振周期和粘滞阻尼比；M属于隔震结构质量（kg）；K,代表隔震支座水平刚度（MPa）；C,代表粘滞阻尼系数。而在隔震结构抗震性能分析阶段，还可通过位移最大值确定预估值。X,S,(Tb,5b)(9)F mS(Tb,Sb)式中：x,为i处位移最大值（mm）；F 为i处m质量结构下惯性荷载最大值（kN）；S和S代表对应的各层位基底剪力(kN）。在隔震技术实际运用环节，能围绕上述不同砌体建筑结构仿真模型参数变化规律，确定橡胶隔震支座应用范围较大，且产生的抗震性能较强。2.3上部结构优化设计按照上述计算结果若计算后k水平数值低于0.0 4，表明既有砌体建筑结构本身抗震性能一般，可以考虑不予以加固处理，而针对其它不达标的位置需要以隔震技术予以加固处理。在使用C30或C60强度混凝土时，还要根据不同灌注方法确定结构性能。如以现浇式方法予以灌注，此时梁柱抗压强度多为3 1.4MPa，轴心抗压强度为2 1MPa（C 3 0），C 6 0 强度等级下强度为6 4.4MPa、40.8 M Pa。如若在装配式砌筑结构中，则强度略低。所以，抗震加固中可以选用两种不同强度混凝土，即梁体结构选用C30混凝土，柱结构选用C60混凝土，将仿真模型分析结果投射到现实工况内，还要注重对水平缝隙的填充铺垫处理。尤其在既有砌体建筑台阶等部分，理应设置2 0 mm高度左右的水平缝隙，同时铺设垫层，以柔性填充材料回填，促使隔震技术应用后各部分符合抗震设计标准。待加固后还需注重建筑荷载（P荷载）总体分析，即利用下述公式获取评估结果：P荷载=GHL荷载(10)269上接第2 6 6 页）江西建材2023年5 月工程技术与应用式中：G为容重；H为建筑结构厚度（mm）；L荷载为荷载作用下建筑结构长度。当建筑荷载加固前后有所增加时，意味着抗震性能有所提升。所以，理应加大加固后荷载的有效检测。2.4合理安装隔震支座隔震技术要想发挥抗震加固效果，应合理安装隔震支座，也可同时选择两种不同安装面积进行评估，而后通过对隔震支座安装后顶端弯矩（Mti）、底端弯矩（Mbt）的精准计算衡量支座受力均匀度。M.=(N,u,+V/H,)(11)式中：N,V为剪力（kN）、轴力（kN）;H,为安装高度（m）；u,为相关系数。Mt=M.i+Vh(12)式中：h代表支墩高度（m）。经过对弯矩的分析可判定安装合格度5 ,同时，还要选择适合的连接件，比如常用的螺栓、栓钉等，其中螺栓长度以110mm规格的连接件为主，栓钉适合的长度规格为90 mm。当安装人员确定好连接件使用规格后，还需科学控制实际用量，且需在安装后加强隔震结构有效保护。除了以上文提及的材料填充法充填缝隙外，也可积极采用高新技术予以防护，确保隔震结构装设成功后，同非隔震结构形成良好的协调性，所安装的隔震支座也要足够牢固，继而保障隔震支座的安装质量6-1。O方法将适量的空心板运至待安装部位，运输过程中，用慢速卷扬机牵引，确保安全转运。在吊装空心板时，应检查各支座的受力状况，保证受力均匀。若需留设伸缩缝，则必须控制留设宽度，具体根据伸长量对宽度的要求进行控制。4质量控制措施（1）对空心板铰缝面凿毛，形成粗糙面，凹凸不少于6 mm，并使预制空心板顶面表面粗糙，以利于新旧混凝土良好结合。（2）现浇铰缝及桥面现浇层混凝土前应将预制空心板板侧、板顶的浮浆、油污等冲洗清除干净，以保证新、老混凝土良好接合。（3）在桥面的各类重型荷载均撤除后，方可浇筑铰缝混凝土，桥面现浇层的施工在其强度达到设计强度90%后进行。（4）安装板式橡胶支座时，应严格控制支座高程，保证其上、下表面与空心板底面及墩台支撑垫石顶面平整密贴、传力均匀，避免支座脱空。（5）芯模、外模以整体钢模板为宜，施工时视实际情况严格控制拆模时间，以免因拆模时间不合理而出现质量问题。对于芯模，以分节的方式依次设置钢模板，纵向每2 3 m视为一节，多节拼装成整体钢模板，在保证预制板内腔形态稳定可靠的前提下，分节进行拆除，提高拆除作业效率。3结语综上所述，在既有砌体建筑抗震加固中应用隔震技术，需充分考虑梁柱节点的承载力、耗能能力、刚度延性等特征，并从抗震加固点位、抗震加固方案、上部结构设计以及隔震支座安装等方面着手，在展现隔震技术优势的同时，也能取得良好的经济效益，满足既有砌体结构建筑改造阶段对外观形态、使用功能的诸多需求。参考文献1】张权.隔震技术在砌体结构抗震加固中的运用J】.江西建材，2017,218（17):45-46.2张力.隔震技术在砌体结构抗震加固应用的初步研究【J.福建建筑，2 0 0 9，（9）：3 7-3 8，2 1.3刘殿忠，杨彤彤，姚仕韬，等.新型木结构梁柱节点抗震性能试验研究【J】.吉林建筑大学学报，2 0 2 3，40（1）：1-8，3 5.4李梦超，郝伟强.型钢混凝土梁柱节点施工技术【J.中国住宅设施，2 0 2 3，2 3 6（1）：18 7-18 9.5王小宇.房建工程中梁柱节点的施工技术分析J.四川建材，2022，48（9)：8 4-8 5.6巧张亚英，魏平，王里.隔震技术在砖砌体结构加固工程中的应用J.工程抗震与加固改造，2 0 12，3 4（5）：10 2-10 5.【7】尹金，宋晓胜.村镇建筑隔震技术研究现状综述J】.山西建筑，2020,46（2 1)：17-18，2 9.5结语综上所述，在桥梁的预制空心板施工中，参建人员需高度重视厂内预制和现场安装两个环节，首先，按照工程要求制作合适尺寸的预制板，再妥善运至现场，进行拼装、安装。施工中，全程加强质量检查和安全检查，若有异常，随即处理，保证预制空心板的顺利安装。参考文献【1冯蕾.公路桥梁预制梁板施工工艺与智能管控研究J.黑龙江交通科技，2 0 2 2，45（12）：91-93.2郭光玲，徐乾，付江涛。基于钢筋拉压力传递的预制空心板残余抗震性能研究J.地震工程学报，2 0 2 2，44（1）：2 9-3 5.3袁佳佳，王洪欣，孙占琦，等.预制预应力混凝土空心板研究及应用综述J】.混凝土与水泥制品，2 0 2 1（9）：45-49.4田炜，预应力混凝土空心板桥梁的结构可靠性评估【J，与水泥制品，2 0 19（12）：43-47.5杨军胜.浅析公路桥梁预制梁板施工及控制要点【J.黑龙江交通科技，2 0 2 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