结构加固改造理论与技术-结构抗震加固[详细]课件.pptx

1、目录目录1.加固原因2.加固发展3.加固方法第5节结构抗震加固 结构为什么抗震加固？1 抗震加固的意义 诸多实践表明，对原有建筑结构进行抗震加固改造，一方面既可以节省投资，达到新的使用要求，又可以大大减轻地震时房屋的破坏，更重要的是保障人民生命财产的安全，另一方面，即使不发生地震，抗震加固也能增加建筑物安全度，延长其使用寿命，还能提高建筑物抵抗意外突发事故（振动、爆炸等）的能力。抗震加固原因规范要求地震经验宗旨 鉴定？建筑抗震鉴定标准GB50023-2009GB50023-2009加固？建筑抗震加固技术规程JGJ 116-2009JGJ 116-2009未采取抗震设防措施的已建成的建筑物、构筑

2、物 抗震设防标准提高的地区已建成的建筑物、构筑物在地震中遭到破坏的建筑物、构筑物，震后经鉴定后认为有必要进行抗震加固以恢复其使用功能抗震加固原因规范要求地震经验宗旨地震经验天津发电设备厂天津重型机械厂唐山地震丽江大礼堂中间部位舞台和前厅丽江地震达到新的使用功能保证生命财产安全增加安全度、抵抗意外美国橄榄景医院2抗震加固发展1966-1976鉴定加固基本技术工业与民用建筑抗震鉴定标准TJ23-771976-19891989-建筑抗震设计规范GBI11-89抗震加固时间轴通海地震后要求预防7度以上地区鉴定加固 1966年邢台大地震1970通海大地震6度以上地区设防 3抗震加固方法抗震加固总述加固原

3、理加固方法减小地震作用增加结构抗力抗震加固增加承载力优化结构体系增大结构周期增大阻尼附加子结构增强整体性抗震加固总述加固原理加固方法加速度反应谱位移反应谱增加抗力增加阻尼延长周期加速度反应谱位移反应谱2max=()gTT 2max= 20.0510.061.7 0.050.90.55 增加结构承载力增加结构承载力增加结构阻尼增加结构阻尼延长结构周期延长结构周期抗震加固总述加固原理加固方法位移反应谱增加结构承载力增加结构承载力增加结构阻尼增加结构阻尼延长结构周期延长结构周期抗震加固总述加固原理加固方法承载力工作系统内部建设活动 构件加固 提高承载力提高延性 增加抗侧力构件 增加墙体增加支撑增加结

4、构抗力增加承载力增强整体性优化结构体系承载力工作系统内部建设活动 结构整体 整体性稳定性 防止局部倒塌 构件承载力、稳定性与主体结构连接增加结构抗力增加承载力增强整体性优化结构体系11优化结构体系扭转不规则单元拆分增加薄弱部位刚度增支撑/抗震墙/翼墙砌体超高拆矮改变受力体系增混凝土墙体增加结构抗力增加承载力增强整体性优化结构体系3 3.1.1抗震加固的思路抗震加固的思路从结构的可靠度方面分析，引入结构功能函数Z= g( R* S) = R- S (1)其中，R表示结构目前所具有的性能，S表示结构预定的最低功能的要求。当Z0时，结构处于可靠状态。结构由不可靠状态向可靠状态的转变, 具体可通过 3

5、 种加固途径来实现：第 1种途径：保持结构完成预定的最低功能要求S不变，增强结构所具备的性能 R，这称为直接加固法；第 2种途径：结构所具备的性能 R 保持不变，降低结构完成预定的最低功能要求 S，这称为间接加固法；第 3 种途径：在增大结构所具备的性能 R 值的同时，降低结构完成预定的最低功能要求 S 值，这称为混合加固法。从抗震加固思路出发，抗震加固方法主要有以下几类：1）增大结构抗震能力的加固方法。其设计理念为“以刚克刚”。通过提高主要抗侧力构件的承载力、延性和结构的整体性来增大结构的抗震能力2）减小地震作用的加固方法。其设计理念为“以柔克刚”。可以通过增大结构周期、增大结构阻尼、附加子

6、结构、施加预应力来实现。3）设置易损构件的加固方法。这种方法是有意识地在结构中设置一些薄弱部位，利用薄弱部位次要构件的非线性变形来消耗地震能量，保护主要构件的安全。尼加拉瓜共和国的首都马那瓜有相距不远的两幢尼加拉瓜共和国的首都马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为一幢为1818层高的美洲银行大厦层高的美洲银行大厦。19721972年年2 2月月2323日南美洲的马那瓜地震日南美洲的马那瓜地震。当地。当地地震地震烈度估计为烈度估计为8 8度。一幢破坏严重，震后拆除；另度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢

7、复使用。一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。马那瓜中央银行大厦马那瓜中央银行大厦马那瓜美洲银行大厦马那瓜美洲银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？ 19721972年年2 2月月2323日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为的两幢高层建筑，一幢为1515层高的中央银行大厦，另一幢为层高的中央银行大厦，另一幢为1818层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8 8度。一幢破坏度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。现如今 1）平面不规

8、则）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高厚，搁置在高45cm长长14m小梁上。小梁上。 2）竖向不规则）竖向不规则塔楼上部（塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在根，支承在4层楼板水平层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根根1m 1.55m的柱子上（间距的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严）。上下两部分严重不均匀，不连续。重不均匀，不连续。 主要破坏：第主要

9、破坏：第4层与第层与第5层之间层之间(竖向刚度和承载力突变竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈； 横向裂缝贯穿横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板层以上的所有楼板(有的宽达有的宽达1cm),直至电梯井东侧；直至电梯井东侧； 塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均 严重破坏或倒塌。严重破坏或倒塌。 震后计算分析结果震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力

10、大大不足力大大不足,率先破坏；率先破坏；3.水平地震作用下水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。 马那瓜马那瓜中央银行大厦中央银行大厦 结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括括4个个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。构能观察到的主要破坏。分析表明：分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止

11、了明显的扭转效应；明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。量得到控制。美洲美洲银行银行西西3 3.2 .2 提高耗能能力的加固方法提高耗能能力的加固方法（1）耗能减震加固的原理提高耗能能力的加固法实际就是耗能减震加固方法，它是通过在结构某些部位增设耗能阻尼减震装置，以减小地震反应，这是一种“以柔克刚”的加固方法，是抗震加固的一条新途径。在

12、耗能减震体系中通过设置消能器来消耗地震能量，控制预期的结构变形，增大结构阻尼，同时减少结构的水平和竖向地震作用，从而使主体结构在罕遇地震下不发生严重破坏。耗能减震加固的原理也可以从能量的角度来阐述，地震时结构能量转换过程的平衡方程可表达为在耗能减震加固结构中，增加了耗能装置耗散能量Ed一项，耗能减震器或耗能组件在主体结构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，大量耗散输入结构的地震能量，因而结构本身需耗散的能量Eh很少，使其免受损伤和破坏，如图所示。 (a) (a)地震输入地震输入 (b)传统抗震结构传统抗震结构 (c)耗能减震结构耗能减震结构加固结构能量转换途径对比加固结构能量转换途径对比（2

13、）耗能减震器的类型耗能减震装置可以用不用的材料、不同的耗能机制、不同的构造来制造。目前，研发的耗能减震器种类很多，常见的几种耗能减震器如图所示。 （a）开孔式软钢开孔式软钢阻尼器阻尼器 （b）屈曲约束支撑）屈曲约束支撑 （c）软钢剪切型阻尼器）软钢剪切型阻尼器（d）黏弹性阻尼器）黏弹性阻尼器 （e）黏滞阻尼器）黏滞阻尼器耗能减震装置耗能减震装置（3）耗能减震加固法的应用目前，在国内，像北京火车站、北京饭店、都江堰市北街小学实验楼、潮汕星河大厦、首都体育馆、西安长乐园招商局等结构也采用该法进行抗震加固，收到了良好效果。 (a) (a) 人字撑人字撑 (b) 单斜撑单斜撑 (c) 节点节点连接连接

14、 都江堰中学都江堰中学耗能减震加固方案耗能减震加固方案（4）耗能减震加固法的优点1）应用范围广，能同时减少结构的竖向和水平地震作用，对短周期和长周期范围的结构均有效，尤其适用于高柔结构，能显著增强结构刚度，减小位移。2）阻尼器由工厂制造，可进行干作业施工，从而缩短工期，施工中不用搬迁，并能实现制品小型化。3）结构布置灵活，可以布置在结构薄弱部位，能有效提高结构整体和构件的抗震能力。国内外耗能减震结构的振动台试验研究表明，耗能减震结构与传统抗震结构相比，地震反应减小了40%60。而国外工程资料表明，耗能减震结构体系与传统抗震结构体系相比，可以节约结构造价510。除耗能减震加固方法外，“以柔克刚”

15、的加固方法还有隔震加固法、被动控制减震加固法以及主动控制减震加固方法等。 （1）隔震加固法隔震加固法是通过隔震层的设置将地震变形集中到隔震层上，从而达到减小原有结构地震反应的目的，安装完成的隔震支座如下一页图所示。隔震加固的思想在于将原来的“硬抗”转变成为“疏导”，将原来由建筑结构构件塑性变形吸收地震能量，转变为由隔震层隔绝和吸收地震能量。3 3.3.3以柔克刚的加固方法以柔克刚的加固方法安装完成的隔震支座安装完成的隔震支座 地震影响系数的比较地震影响系数的比较 1）隔震加固的基本原理常规抗震加固方案中一般采用上图中阻尼比为0.05的水平地震反应谱曲线（实线）作为地震力计算依据，而隔震加固时通

16、常采用阻尼比大于0.05的水平地震反应谱（虚线）。从上图来看，常规抗震加固方案通常会增大结构的刚度，这将导致结构的周期变短，进而使得地震影响系数变大。而基础隔震加固方法由于是在建筑物底部和基础增加一隔震层，隔震结构的水平周期大大延长，在地震中所承受的地震力也大大减小，对应水平地震影响系数也会随之降低。另外，隔震层中阻尼元件可为结构提供额外的阻尼，在限制隔震层位移的同时，吸收地震中的大量能量，以保证结构的安全。早在1988 年，美国就采用橡胶隔震垫对盐湖城政府大楼进行了加固，目前采用该技术已经对16 幢房屋进行了加固。从国内看，在2008年汶川地震中存在因薄弱层破坏而引起的局部楼层严重破坏的结构

17、，对于这类上部结构破坏较轻的结构可采用断柱装垫减震方法进行加固和修复。断柱装垫减震加固是指对于已产生严重破坏的楼层的柱全部截断，在截断的位置按照建筑抗震设计规范和叠层橡胶支座隔震技术规程要求安装隔震支座，使原有的传统结构形成基础隔震结构体系或层间隔震结构，如图所示。(a) 底层柱破坏结构示意图底层柱破坏结构示意图(b) 千斤顶与隔震垫布置示意图千斤顶与隔震垫布置示意图断柱装垫断柱装垫隔隔震加固法震加固法（2）被动控制减震加固法 被动控制减震加固法。运用被动控制的基本原理，通过在房屋顶部设置调谐质量，主要降低低阶振型的地震作用，TMD装置如图所示。 (a)TMD(a)TMD装置示意图装置示意图

18、(b)台湾台湾101大厦大厦TMDTMD装置装置减小地震作用延长周期增加阻尼附加子结构增加隔震支座图2 洪俊青等，隔震技术在建筑抗震加固中的应用研究工程抗震与加固改造2007.10（29）5图3 郭健 等隔震技术在砌体结构抗震加固中的应用研究工程抗震与加固改造2008.2(30)1图1 建成于2007年的工力所燕郊园区办公楼是一座地下1层地上5层的钢筋混凝土框架结构建筑（新建建筑）阻尼器归纳阻尼器归纳油阻尼器油阻尼器FC u Fu 曲曲 线线 ： 椭椭 圆圆油油节节 流流 阻阻 抗抗 型型筒筒 型型FC u Fu 曲曲 线线 ： 椭椭 圆圆 + +四四 边边 形形高高 分分 子子 化化 合合

19、物物剪剪 切切 、 流流 动动 阻阻 抗抗 型型平平 面面 型型 、 多多 层层 型型 、 筒筒 型型黏滞阻尼器黏滞阻尼器黏弹性阻尼器黏弹性阻尼器()()FKuCu Fu 曲曲 线线 ： 倾倾 斜斜 椭椭 圆圆丙丙 烯烯 、 二二 烯烯 等等 化化 合合 物物剪剪 切切 阻阻 抗抗 型型平平 面面 型型 、 筒筒 型型软钢、摩擦阻尼器软钢、摩擦阻尼器( )FKf u Fu 曲曲 线线 ： 双双 线线 性性钢钢 材材 、 铅铅 、 摩摩 擦擦塑塑 性性 滞滞 回回 阻阻 抗抗 型型平平 面面 型型 、 筒筒 型型减小地震作用延长周期增加阻尼附加子结构布置阻尼器阻尼器平面布置图图 佟建国等 消能减

20、震加固技术应用四川建筑科学研究2009.12（35）6人字形支撑单斜支撑减小地震作用延长周期增加阻尼附加子结构利用水箱作为TMD附加质量广东某国际大酒店于1986 年完成设计，1988年2 月28 日竣工投入使用1) 部分房间或区域使用功能发生变化，导致部分分隔墙位置发生改变;2) 在主楼屋面( 标高72. 05 m) 上增加一层3) 在建筑屋顶( 25 层屋面) 增加600t水箱;图 王磊等 屋顶水箱TMD对加固结构的减震控制研究四川建筑科学研究2013.06（39）34桥梁抗震加固图片源自 武汉理工大学 邓育林 课件 同济大学 李建中 课件桥梁结构震害上部结构震害-桥段位移图片源自 武汉理工大学 邓育林 课件 同济大学 李建中 课件桥梁结构震害上部结构震害落梁抗震加固方法增加抗力连接上下部结构限位器(挡块)延长支承长度图片源自 武汉理工大学 邓育林 课件 同济大学 李建中 课件桥梁结构震害支座震害图片源自 武汉理工大学 邓育林 课件 同济大学 李建中 课件桥梁结构震害下部结构震害加固方法增加结构抗力在旧截面周围设置新混凝上钢套管设置墙体增加桥墩数里图片源自 武汉理工大学 邓育林 课件 同济大学 李建中 课件桥梁抗震加固减小地震作用摩擦摆支座耗能减震构件图片源自 武汉理工大学 邓育林 课件 同济大学 李建中 课件