中小學校舍抗震加固的應用研究

1、中小學校舍抗震加固的應用研究 主要內(nèi)容 緒論 建筑結構抗震加固的基本原理和方法 單跨建筑結構的地震響應分析 單跨建筑結構抗震加固技術研究 多層建筑結構抗震加固技術研究 結論和展望研究的目的和意義 地震是一種破壞力極大的自然災害，特別是地震中建筑物的破壞，給人們的生命和財產(chǎn)帶來了極大的威脅。據(jù)統(tǒng)計，二十世紀以來，全球共發(fā)生8級以上的淺源地震50多次，直接死于地震的人數(shù)超過100萬。2008年8月1日頒布實施的建筑工程抗震設防分類標準GB50223-2008中規(guī)定：“教育建筑中，幼兒園、小學、中學的教學用房及學生宿舍和食堂，抗震設防類別應不低于重點設防類”。 2009年4月8號，中華人民共和國國務

2、院辦公廳發(fā)布了全國中小學校舍安全工程實施方案，要求全國各級政府和各個有關部門切實履行責任，重點關注中小學校舍的安全問題 。緒論我國抗震加固技術的發(fā)展過程 緒論第一階段從1966年邢臺地震到1976年唐山地震，是抗震鑒定與加固的試點起步階段。第二階段從1976年至1989年建筑抗震設計規(guī)范的正式發(fā)布是，是抗震鑒定與加固蓬勃發(fā)展階段。第三階段大致為建筑抗震設計規(guī)范開始執(zhí)行至今，是抗震鑒定及加固綜合發(fā)展的階段。本課題研究的主要內(nèi)容和技術路線 緒論對建筑結構震害形式和抗震加固方法進行研究 設計單跨結構的加固模型，進行結構固有特性和地震的時程響應分析 設計四層校舍結構的加固模型，進行結構固有特性和地震的

3、時程響應分析 結構震害特征框架結構框架柱頂部易產(chǎn)生水平裂縫、斜裂縫；柱根部易產(chǎn)生水平裂縫，斜裂縫和豎向裂縫；柱身中段水平斷裂框架梁梁端易產(chǎn)生斜裂縫和豎向裂縫框架節(jié)點斜向裂縫 框架板板角斜裂縫 剪力墻交叉裂縫 建筑結構抗震加固的基本原理和方法砌體結構墻體開裂，墻體交叉斜裂縫，水平裂縫，豎直裂縫 房屋局部倒塌，倒塌部位多集中在連接處，如房屋墻角和縱橫墻連接處 房屋整體倒塌，底層先倒，上層隨著倒塌 ；中、上層先倒，砸塌底層 ；上、下層同時散碎倒塌結構抗震加固原理和方法增設剪力墻加固法 提高結構抗震能力和減小結構扭轉效應的有效方法。增大截面加固法 通過提高結構構件的剛度、強度、穩(wěn)定性和抗裂性來達到加固

4、的目的 粘貼纖維材料加固法 通過纖維材料和原結構的協(xié)同工作來達到抗震加固的目的。 建筑結構抗震加固的基本原理和方法四層框架建筑結構的地震響應分析層高：3.8m，進深：7.5m，走廊寬度：2.6m，開間寬度：8m，樓梯間寬度：4m，主體框架梁和框架柱的截面尺寸均：600mm600mm，中間橫梁截面尺寸：500mm600mm，樓板厚：200mm?；炷翉姸鹊燃壷黧w結構為C25；所用鋼筋主筋均為HRB335級鋼筋，箍筋均為HPB235級鋼筋，樓板的配筋率為0.6%?？蚣苤目v筋配筋率為1.11%，配箍率為0.36%，框架梁的縱筋配筋率為1.51%，配箍率為0.56%。 四層框架建筑結構的地震響應分析

5、四層框架校舍等效應變云圖多遇地震 X向多遇地震 Y向設防烈度 Y向罕遇地震 Y向設防烈度 X向罕遇地震 X向四層框架建筑結構的地震響應分析設防烈度 X向設防烈度 Y向罕遇地震 X向罕遇地震 Y向結構裂縫圖多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱無無柱底、柱端 ，二層柱底、柱端 二層柱底、柱端 四層柱底、柱端，三層短軸框架梁無無梁柱交點 ，二層無梁柱交點梁柱交點長軸框架梁無無無梁柱交點 一層梁柱交點 一層梁柱交點，二層框架板無無無無板角點 二層板角點加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱15.3%8.4%4.2%1框架梁18.5%12.7%9.2%1剪力墻18.4%10%6%單

6、跨框架結構剪力墻加固剪力墻加固方案結構加固前后最大等效應力比較結果結構加固前后最大等效應變比較結果加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱3.7%2.1%0.7%1框架梁14.0%10.0%6.8%1剪力墻4%2.2%1.2%四層框架結構剪力墻加固剪力墻寬度為結構進深的七分之三，厚度為200mm，每層增加6面剪力墻，共增加24面。所用鋼筋強度等級均為HRB335，鋼筋配筋率為0.6%。 四層框架結構剪力墻加固多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱121.0%103.3%72.7%16.9%14.8%39.1%短軸框架梁117.5%108.4%44.8%14.5%11.3%37

7、.9%長軸框架梁165.0%110.4%64.4%54.9%53.8%63.4%框架板133.8%111.1%50.4%30.2%11.1%58.1%結構加固前后最大等效應力比較結果結構加固前后最大等效應變比較結果多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱134.3%103.2%68.2%32.0%25.3%45.1%短軸框架梁113.2%108.9%45.1%15.5%9.4%27.5%長軸框架梁153.1%109.6%57.0%48.8%40.7%76.3%框架板119.6%110.7%44.5%31.1%13.8%57.6%四層框架結構剪力墻加固設防烈度 Y向罕遇地震 Y向罕

8、遇地震 X向結構裂縫圖多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱無無無柱底、柱端，二層柱底、柱端，三層柱底、柱端短軸框架梁無無無無無梁端，一處長軸框架梁無無無梁端，一層無梁端，二層框架板無無無無無板角點，一層單跨框架結構增大截面加固增大截面加固方案加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱43%66.5%49.8%1框架梁116.9%128.2%83.8%1新增柱截面73.8%90.5%51.1%加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱8.7%77.9%8.8%1框架梁95.3%107.3%77.1%1新增柱截面12.4%82.9%13.2%結構加固前后最大等效應力比較結果結構加

9、固前后最大等效應變比較結果四層框架結構增大截面加固柱截面積增大為700mm700mm。加固所采用的混凝土強度等級為C30。主筋均為HRB335級鋼筋，箍筋均為HPB235級鋼筋，其中縱筋配筋率為1.5%，配箍率為0.4% 四層框架結構增大截面加固多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱113.3%76.0%40.2%59.9%61.8%54.7%短軸框架梁153.9%105.1%32.1%89.4%102.1%100.7%長軸框架梁144.4%93.9%33.1%72.1%132.9%79.1%框架板159.1%106.3%34.1%88.6%110.9%89.1%結構加固前后最

10、大等效應力比較結果結構加固前后最大等效應變比較結果多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱111.8%73.3%33.1%58.1%197.2%37.1%短軸框架梁152.1%104.5%34.1%89.4%211.6%91.1%長軸框架梁157.9%96.4%34.4%65.9%179.8%45.4%框架板160.2%101.9%34.2%86.5%190.6%81.3%四層框架結構增大截面加固多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱無無柱底，一層柱底、柱端，二層柱底、柱端，四層四處短軸框架梁無無梁端，二層無梁端，三層無長軸框架梁無無無梁端，二層二處梁端，二層框架

11、板無無無無板角點，二層板角點，二層設防烈度 X向設防烈度 Y向罕遇地震 X向罕遇地震 Y向結構裂縫圖單跨框架結構粘貼碳纖維加固粘貼碳纖維加固方案加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱6.6%5.9%5.8%1框架梁50.5%44.7%44.4%1碳纖維布10.75%10.75%10.6%加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱37.9%33.9%33.5%1框架梁57.1%53%52.7%1碳纖維布301.8%272.4%268.8%結構加固前后最大等效應力比較結果結構加固前后最大等效應變比較結果四層框架結構粘貼碳纖維加固框架柱兩端，粘貼總面積為柱面積的五分之二，對框架結點粘貼碳纖維布，

12、粘貼長度為梁長度的七分之一，樓梯間粘貼長度為梁長度的四分之一。結構加固前后最大等效應力比較結果多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱102.6%100.8%90.9%98.7%60.5%111.4%短軸框架梁102.7%100.6%68.0%106.0%40.8%101.4%長軸框架梁101.4%99.1%65.6%95.8%69.4%121.5%框架板103.0%100.6%79.0%112.8%27.9%117.5%結構加固前后最大等效應變比較結果多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱102.0%100.3%193.9%175.0%65.3%93.0%短軸框

13、架梁102.8%100.9%77.6%108.9%52.6%102.5%長軸框架梁103.1%99.2%68.6%99.9%62.5%112.6%框架板103.2%101.0%70.6%112.5%49.5%100%四層框架結構粘貼碳纖維加固四層框架結構粘貼碳纖維加固設防烈度 Y向設防烈度 X向罕遇地震 X向罕遇地震 Y向結構裂縫圖多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱無無柱底、柱端，二層柱底、柱端，二層柱底、柱端，三層柱端，三層短軸框架梁無無梁端，二層無梁端，三層二處長軸框架梁無無無梁端，一層三處梁端，二層框架板無無無無板角點，二層板角點，二層加固前后結構層間位移分析多遇地震

14、設防烈度罕遇地震框架校舍加固前后各層相對位移 多遇地震下，粘貼碳纖維布結構的加固效果最好，兩個水平方向的層間位移都是四種結構下最小的；設防烈度地震下，粘貼碳纖維布結構的層間位移較其他兩種加固結構要大，但在水平X方向地震下仍起到了很好的抗震效果；罕遇地震下，增設剪力墻結構的加固效果最好，兩個水平方向的層間位移都是四種結構下最小的。四層砌體建筑結構的地震響應分析層高：3.8m；進深：7.5m；走廊寬度：2.6m；教室開間寬度：8m；樓梯間寬度：4m；構造柱和主體圈梁的截面尺寸均為300mm300mm，每間教室另配兩根橫梁，橫梁尺寸為250mm300mm，砌體墻厚：300mm，每間教室配兩扇門，尺寸

15、為2000mm1000mm，四扇窗戶，尺寸為1500mm1500mm。構造柱和圈梁的混凝土強度等級為C25，主筋均為HRB335級鋼筋，箍筋為HPB235級鋼筋，砌體墻主要由MU10標磚和M5混合砂漿構成 四層砌體建筑結構的地震響應分析多遇地震 X向多遇地震 Y向設防烈度 Y向設防烈度 X向罕遇地震 X向罕遇地震 Y向四層砌體校舍等效應變云圖四層砌體建筑結構的地震響應分析多遇地震 Y向罕遇地震 Y向罕遇地震 X向設防烈度 X向設防烈度 Y向多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向構造柱無無柱底柱底邊柱全，柱底一層柱底、交點，三層短軸圈梁無無無無無無長軸圈梁無無無無無無結構板無無無無無無

16、砌體墻無開口、一層墻底、開口、二層墻底、開口，四層墻底、后墻，二層墻底、開口 四層結構裂縫圖單跨砌體結構粘貼碳纖維加固粘貼碳纖維加固方案本文研究中所采用臺灣重億L300-C型碳纖維布，在建模時選用了沒有抗彎剛度的SHELL41膜結構單元。 單跨砌體結構粘貼碳纖維加固加固方案1加固方案2加固方案3加固方案4加固方案5加固方案6構造柱56.0%55.2%61.7%67.8%66.4%58.7%圈梁120.7%122.0%120.6%116.9%116.7%120.2%砌體墻54.1%53.9%58.7%65.6%65.4%57.3%加固方案1加固方案2加固方案3加固方案4加固方案5加固方案6構造柱

17、56.1%55.5%61.8%68.2%66.7%59.2%圈梁134.3%135.7%132.4%127.2%126.8%132.9%砌體墻53.9%54.1%58.4%65.5%65.6%57.2%結構加固前后最大等效應力比較結果結構加固前后最大等效應變比較結果四層砌體結構粘貼碳纖維加固結構側墻交叉方法粘貼碳纖維布，粘貼寬度為1100mm，結構前后墻開口四周粘貼碳纖維布，粘貼寬度為500mm，結構樓梯間后墻整面墻四周粘貼碳纖維布，粘貼寬度為1000mm。 多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向構造柱97.5%95.0%127.0%133.3%73.9%160.3%短軸圈梁97.1

18、%95.1%150.8%187.3%106.7%92.5%長軸圈梁98.3%97.5%116.8%152.6%93.7%81.1%結構板97.4%97.9%118.5%194.7%127.1%91.8%砌體墻96.7%91.5%88.9%85.0%65.9%65.9%四層砌體結構粘貼碳纖維加固多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向構造柱97.7%93.0%139.6%80.2%61.3%69.3%短軸圈梁95.8%95.9%172.1%217.4%101.1%77.6%長軸圈梁98.1%98.2%114.2%154.1%95.6%54.1%結構板94.8%98.1%143.2%219

19、.7%116.2%100%砌體墻96.6%96.1%56.7%72.6%31.4%52.3%結構加固前后最大等效應力比較結果結構加固前后最大等效應變比較結果四層砌體結構粘貼碳纖維加固多遇地震設防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向構造柱無無邊柱底無邊柱，一層柱底，一層短軸圈梁無無無無無無長軸圈梁無無無無無無結構板無無無無無無砌體墻無無墻底、開口，一層墻底、開口，三層墻底、后墻，二層墻底、開口，三層設防烈度 X向罕遇地震 Y向罕遇地震 X向設防烈度 Y向結構裂縫圖加固前后結構層間位移分析多遇地震設防烈度罕遇地震 多遇地震下，原結構最大位移為結構第二層，設防烈度地震下，原結構最大位移為結構第三層，罕遇地震下，原結構最大位移為結構第一層。粘貼碳纖維布后，結構最大位移除在設防烈度地震下，都要小于未加固結構，說明粘貼碳纖維布可以起到很好的抗震加固效果，對于設防烈度地震情況