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文檔簡介

1、某化工廠精萘框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是目前人類使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)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(yè)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(jié)構(gòu)在使用 30-50 年之后會出現(xiàn)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(chǎn)生安全事故的概率1。混凝土加固技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)有了幾十年,從二戰(zhàn)結(jié)束到如今混凝土加固技術(shù)大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段2,第一個階段為房屋的大規(guī)模新建階段,由于二戰(zhàn)的進行,大規(guī)模的房屋倒

2、塌,在二戰(zhàn)結(jié)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(guī)模建設(shè)并行階段,隨著技術(shù)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高,以前老舊的建筑已經(jīng)不能滿足人們的要求,這就需要對舊建筑進行大規(guī)模的改造與加固,同時由于不斷增加的人口數(shù)量,舊有的房屋數(shù)量也不能滿足居住要求,需要建設(shè)大量的房屋來滿足要求。第三階段為房屋的維修加固和現(xiàn)代化改造階段,這階段產(chǎn)生的原因主要是越來越多的結(jié)構(gòu)老化和舊有的結(jié)構(gòu)形式不能滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)生活要求。我國也會經(jīng)歷這三種階段,根據(jù)現(xiàn)階段的國情我國正在處于建設(shè)的第二階段,并且逐漸的在向第三階段過渡,我國現(xiàn)有的接近 500 億平方米的房屋中一半房屋有老齡化現(xiàn)象,其中百分之二十到

3、四十的房屋需要進行相應(yīng)的加固處理才能使其滿足正常的生活和工作要求。所以結(jié)構(gòu)鑒定和加固技術(shù)的研究在國家的建設(shè)發(fā)展中逐漸顯得越發(fā)重要。 結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)隨著房屋的結(jié)構(gòu)學(xué)發(fā)展而發(fā)展,結(jié)構(gòu)加固有多種原因,第一由于混凝土或砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論是極限狀態(tài)設(shè)計法,這種設(shè)計方法需要滿足結(jié)構(gòu)的安全性,適用性和耐久性等設(shè)計要求,但是由于施工質(zhì)量和施工中各種限制等,最終的結(jié)構(gòu)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(shè)計方案選取不當或者是由于在施工過程中結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)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(jié)構(gòu)中產(chǎn)生缺陷而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性和承載力不足。第二,有些結(jié)構(gòu)在施工過程中由于種種原因需要改變其

4、使用用途,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的荷載分布和荷載大小都與原結(jié)構(gòu)不同,從而使得結(jié)構(gòu)的剛度和承載力不能滿足要求,所以需要對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的加固。第三,我國現(xiàn)階段有許多混凝土結(jié)構(gòu)使用了 20 -30 年,結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生了老化現(xiàn)象,其承載力和剛度在環(huán)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(jié)構(gòu)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(zāi)害等原因比如地震,臺風(fēng),海嘯等對結(jié)構(gòu)造成一定的損害,結(jié)構(gòu)需要進行相應(yīng)的加固3-5。 . 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)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(yè)廠房,民用建筑等的老化,還有頻繁的自然災(zāi)害,近些年來加固技術(shù)得到了非常大的發(fā)

5、展。我國在多年對自身建筑物加固和對外國加固技術(shù)的學(xué)習(xí)當中,已經(jīng)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(tǒng)的加固技術(shù)和工藝,同時還頒布了一系列的結(jié)構(gòu)加固規(guī)范,如:混凝土結(jié)構(gòu)加固規(guī)范等。但是近些年來,我國技術(shù)人員習(xí)慣于使用固有的加固技術(shù),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(shù)水平相對于西方國家來說還是較低,結(jié)構(gòu)加固還有以下一些問題需要解決: (1)我國缺少結(jié)構(gòu)加固的相關(guān)軟件,在國外已經(jīng)有一些被稱為建筑指紋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)智能分析系統(tǒng)用于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)加固的人員一般都是從事基礎(chǔ)建設(shè)的

6、施工隊伍,缺少相應(yīng)的理論知識和工作經(jīng)驗,由于加固的復(fù)雜性,在實際的施工過程之中很有可能與設(shè)計圖紙的要求產(chǎn)生偏差,造成實際結(jié)構(gòu)和設(shè)計結(jié)構(gòu)不同,從而達不到規(guī)范要求的情況。 (3)我國雖然有了一套加固規(guī)范,但是還是沒有形成一整套結(jié)合了結(jié)構(gòu)檢測、鑒定和評估,加固方法,施工和質(zhì)量評估等各個環(huán)節(jié)的完整標準體系。 (4)結(jié)構(gòu)在加固之后其存在著二次受力問題,如:由于加固之前結(jié)構(gòu)中已經(jīng)存在著一定的彎曲和壓縮變形,新加的結(jié)構(gòu)部分要在施加了荷載之后才會出現(xiàn)應(yīng)力,應(yīng)變,所以新加的結(jié)構(gòu)有一定的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象,導(dǎo)致新舊結(jié)構(gòu)不會同時達到應(yīng)力峰值,這就需要在結(jié)構(gòu)加固前進行力的卸載。新舊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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??蚣苤A(chǔ)為鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ),框架為露天無圍護結(jié)構(gòu)。外貌如圖 2.1 所示??蚣芙Y(jié)構(gòu)使用至今,出現(xiàn)不同程度的破損,如柱、梁等結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)破損現(xiàn)象。出于對該建筑安全生產(chǎn)的重視、關(guān)心,需對該框架現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行可靠性鑒定,解決結(jié)構(gòu)可能存在的問題,為該框架的加固處理或決策提供技術(shù)依據(jù)。 . 2.

8、2 鑒定依據(jù) (1)綜合鑒定標準 工業(yè)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(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準(GB 50068-2001) (2)荷載及結(jié)構(gòu)驗算 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009-2012) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2010) 建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB 50011-2010) (3)檢測 建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準(GB 50344-2004) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2010) 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB 50367-2013) 鉆芯法檢測混凝土強

9、度技術(shù)規(guī)程(CECE03 :2007) 回彈法檢測長期混凝土抗壓強度(JGJT 23-2011) . 3.結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)承載力的計算 . 26 3.3 SAP2000 對加固后結(jié)構(gòu)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(jié)果 . 29 3.3.3 SAP2000 與 PKPM 計算結(jié)果的對比小結(jié) . 33 3.4 加固前后結(jié)構(gòu)計算結(jié)果對比小結(jié) . 35 4.結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的彈塑性分析 . 38 4.4.靜力彈塑性分析的結(jié)論 . 45 5.結(jié)論與展望. 46 5.1 本文的結(jié)論 . 46 5.2 展望 . 46 4.結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析 由于本結(jié)構(gòu)為錯層結(jié)構(gòu),為不規(guī)則結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)薄弱部位在遭遇強震時可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)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(jié)構(gòu)進行靜力彈塑性分析(pushover),以探討結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的側(cè)向單調(diào)遞增的施加水平荷載,直至結(jié)構(gòu)模型的控制點目標位移或結(jié)構(gòu)破壞

11、為止。在每增加一級荷載之后,若結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了塑性鉸,總體剛度將發(fā)生變化,則必須在更改結(jié)構(gòu)的剛度矩陣之后再繼續(xù)施加下一級荷載;該方法可以根據(jù)性能點處的最大位移和層間位移角,以及塑性鉸的發(fā)展過程來衡量結(jié)構(gòu)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(jié)果更加穩(wěn)定。荷載位移曲線不能用結(jié)構(gòu)圖上的一點的位移來確定代表結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)等效成單自由度結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(guī)范加速度反應(yīng)譜轉(zhuǎn) 化而成aS -dS 反應(yīng)譜,兩條譜線的交點即為反應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震性能的性能點。 . 結(jié)論 本文對某化工廠精萘框架結(jié)構(gòu)進行了檢測與鑒定,并且對結(jié)構(gòu)進行了相應(yīng)的加固處理,通過軟件 PKPM 和 SAP2000 軟件進行相應(yīng)的驗算得出了以下結(jié)論: (1)本文對某化工廠精萘框架進行了以下鑒定過程:技術(shù)檔案的核實,結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的檢查,包括結(jié)構(gòu)框架的破損現(xiàn)狀的檢查,結(jié)構(gòu)材料強度的檢測,結(jié)構(gòu)靜力分析。經(jīng)鑒定結(jié)構(gòu)破損嚴重需要對其進行處理,對于破損較輕的構(gòu)件進行鋼筋除銹,保護層修補處理,對于破損較嚴重的構(gòu)件還需進行加固處理。 (2)本文用外包型鋼加固法對結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件進行加固,通過結(jié)構(gòu)的靜力計算,加固的柱子軸壓比明顯降低,結(jié)構(gòu)的整體剛度增加而導(dǎo)致周期減小。表明這種加固方式在修復(fù)了構(gòu)件的同時還增加了結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。 (3)

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