CN112096116A - 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法 - Google Patents
提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112096116A CN112096116A CN202011076522.1A CN202011076522A CN112096116A CN 112096116 A CN112096116 A CN 112096116A CN 202011076522 A CN202011076522 A CN 202011076522A CN 112096116 A CN112096116 A CN 112096116A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frame structure
- prefabricated
- earthquake
- connecting plate
- damage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims description 65
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 68
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 15
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G23/00—Working measures on existing buildings
- E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
- E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
- E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/027—Preventive constructional measures against earthquake damage in existing buildings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Abstract
本发明涉及一种提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法，其中提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造包括两两竖直设置的预制柱和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆。本发明采用ECC混凝土浇筑层替代预制梁、柱节点以及塑性铰区的破损混凝土，能提高震损结构节点的耗能能力及延性，有利于提高震损结构的抗震加固。
Description
技术领域：
本发明涉及一种提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法。
背景技术：
装配式框架结构（Precast Concrete Frames，简称PCF）是装配式建筑中广泛使用的一种结构体系，具有宽阔的发展前景，我国是个地震频发的国家，地震严重威胁人民的生命财产安全；历次震害结果调查表明：装配式框架结构破坏主要集中在节点核心区及其附近区域；因此，节点是装配式框架结构的薄弱环节，起到保证结构整体性的作用；在地震灾区，除部分地区建筑物严重破坏外，仍有部分建筑物处于“可修”范畴内，如何对震损装配式框架结构进行重新加固修补，使其满足正常使用的承载力与抗震性能，将具有非常重要的工程应用意义。
发明内容：
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造和施工方法，该提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造和施工方法能大幅度增强承载力与抗侧刚度，改善震损结构的抗震性能，且本发明易于施工且经济，结构设计合理。
本发明提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：包括两两竖直设置的预制柱和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆。
进一步的，上述斜置约束支撑杆为单根，其倾斜角度设置为35°~55°之间，斜置约束支撑杆的两端分别连接在预制柱与预制梁的对角节点位置。
进一步的，上述预制柱与预制梁的对角节点位置通过膨胀型锚栓连接有第一连接板，所述斜置约束支撑杆的两端分别由拼接板与第一连接板通过螺栓连接固定，所述斜置约束支撑杆的两端通过铰接、焊接或螺栓与拼接板连接固定。
进一步的，上述斜置约束支撑杆具有两根，相邻预制梁之间形成V字形或倒V字形的屈曲约束支撑，每根斜置约束支撑杆倾斜角度设置为35°~55°之间。
进一步的，上述斜置约束支撑杆的一端通过第一连接板连接在预制柱与预制梁的节点位置，斜置约束支撑杆的另一端通过第二连接板连接在预制梁的中部位置，第一连接板和第二连接板通过膨胀型锚栓与预制柱或预制梁连接，斜置约束支撑杆的两端分别由拼接板与第一连接板或第二连接板通过螺栓连接固定，所述斜置约束支撑杆的两端通过铰接、焊接或螺栓与拼接板连接固定。
进一步的，上述第一连接板包括相互垂直焊接的竖板片、横板片和垂直焊接在竖板片与横板片之间的第一固定板片，所述竖板片和横板片分别通过所述膨胀型锚栓锁紧固定在预制柱或预制梁上，所述第一固定板片与所述拼接板通过所述螺栓固定；所述第二连接板包括底板片和第二固定板片，所述底板片通过所述膨胀型锚栓与预制梁中部位置固定连接，第二固定板片与所述拼接板通过所述螺栓固定连接。
本发明提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法，其特征在于：所述提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造包括两两竖直设置的预制柱和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆；施工方法如下：(1)确定震损装配式框架结构的加固层（ECC混凝土浇筑层）位置，剔除节点核心区及塑性铰区（即拟浇筑ECC混凝土浇筑层周边位置）破损严重的混凝土，并进一步增设模板，制备出ECC混凝土在模板内浇筑，完成装配式框架结构的浇筑修补工作，将装配式框架结构置于正常环境下浇水养护14天后拆除模板；(2)将装配式框架结构上的第一连接板或第二连接板通过膨胀型螺栓分别与预制柱与预制梁的节点位置或预制梁中部位置连接固定；(3) 斜置约束支撑杆两端分别与拼接板的一端通过高强螺栓进行固定连接，拼接板的另一端通过高强螺栓、焊接或铰接方式固定在第一连接板或第二连接板上，完成屈曲约束支撑的安装工作。
本发明提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的测试方法，其特征在于：(1)制作一榀单层单跨装配式框架结构的试件，（2）将装配式框架结构的试件进行第一次静力试验，试件受损，（3）在受损试件上进行加固，加固施工步骤采用提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法，（4）将加固后的试件再进行第二次静力试验；（5）通过第一、二次静力试验进行分析对比，获得加固前后震损装配式框架结构的抗震性能、破坏模式和屈服顺序。
进一步的，步骤（3）提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法包括如下：(1)确定震损装配式框架结构的加固层（ECC混凝土浇筑层）位置，剔除节点核心区及塑性铰区（即拟浇筑ECC混凝土浇筑层周边位置）破损严重的混凝土，并进一步增设模板，制备出ECC混凝土在模板内浇筑，完成装配式框架结构的浇筑修补工作，将装配式框架结构置于正常环境下浇水养护14天后拆除模板；(2)将装配式框架结构上的第一连接板或第二连接板通过膨胀型螺栓分别与预制柱与预制梁的节点位置或预制梁中部位置连接固定；(3)斜置约束支撑杆两端分别与拼接板的一端通过高强螺栓进行固定连接，拼接板的另一端通过高强螺栓、焊接或铰接方式固定在第一连接板或第二连接板上，完成屈曲约束支撑的安装工作。
进一步的，上述第一次静力试验和第二次静力试验所用的设备包括围设在试件外围的框架，所述框架包括设在试件两外侧的立柱和连接在两立柱上的横柱，其中一立柱外侧设有反力墙，在横柱与试件顶面之间设有千斤顶，在反力墙侧面与试件侧面之间设有用于通过抱板螺杆牵拉试件的作动器。
工程水泥基复合材料 (Engineered Cementitious Composites，简称ECC)是一种具有拉伸应变硬化特征和高韧性的新型水泥基复合材料，在单轴拉伸荷载作用下，ECC具有多缝开裂的特征，裂缝宽度可控制在40µm以下，同时ECC的拉伸应变可以稳定达到3%以上，应变能消耗大量的能量；因此，针对震损装配式框架结构中的节点核心区及塑性铰区破损严重的混凝土，采用ECC混凝土浇筑层（即由ECC浇筑形成的混凝土层）取代普通混凝土进行修补破损混凝土，可大幅度减少裂缝宽度以及残余位移，同时，震损RC框架经ECC混凝土加固后，能减轻或延缓结构薄弱处在后期地震中的破坏情况。
屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Brace ，简称BRB，即由至少一根斜置约束支撑杆形成的)是一种性质优良的位移型耗能减震构件，相比传统支撑，在受拉或受压的情况下BRB能够快速进入全截面屈服状态，利用钢芯的塑性变形充分吸收大量地震能量，同时，屈曲约束支撑具有稳定的力学性能和滞回性能；在加固改造工程上，研究表明防屈曲支撑取得了显著的加固效果，能够大幅度提升结构的承载力与抗侧刚度，改善结构的抗震性能，成为结构的“第一道防线”，保证结构的关键构件不受破坏。
目前，震损混凝土结构的加固方法主要包含：增大截面加固法、外包钢加固法、增设剪力墙加固法、粘贴碳纤维布加固法等，与这些加固方法相比，本发明
施工速度更快，且为结构体系提供了第一道抗震防线，可使加固后结构实现“小震经济、中震不坏、大震可修”，能有效改善震损装配式框架结构的承载力与抗震性能。
因此与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面：(1)本发明中，采用ECC混凝土浇筑层替代预制梁、柱节点以及塑性铰区（即预制柱与预制梁拐角连接处）的破损混凝土，能提高震损结构节点的耗能能力及延性，减少混凝土的裂缝发展；(2)由斜置约束支撑杆形成的屈曲约束支撑可大幅度提高震损装配式框架结构的承载力以及抗震性能，保护结构的重要部位不受破坏，起到“保险丝”作用；(3)屈曲约束支撑可改善装配式框架结构的破坏机制，有利于提高震损结构的抗震加固；(4)本发明高效经济、施工周期短，屈曲约束支撑也易于安装。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明：
图1是本发明的主视构造示意图；
图2是图1的局部放大构造示意图；
图3是图1中斜置约束支撑杆另一种布置的构造示意图；
图4是图1中斜置约束支撑杆另一种布置的构造示意图；
图5是第一连接板固定在预制梁、柱节点处（拐角处）的构造示意图；
图6是第二连接板固定在跨中梁处（预制梁中部位置）的构造示意图；
图7装配式框架拟静力加载图；
图8是装配式框架最终破坏照片图；
图9是滞回曲线；
图10是等效粘滞阻尼系数；
图11是能量耗散系数；
图12是耗能比；
图13是BRB-R的滞回曲线；
图14是BRB-L的滞回曲线；
图15、16是第一连接板和第二连接板的构造示意图。
具体实施方式：
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
本发明提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造包括两两竖直设置的预制柱3和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁1，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层2，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段201，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段202，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆4。
其中一种实施例（如图4所示），上述斜置约束支撑杆为单根，其倾斜角度设置为35°~55°之间，斜置约束支撑杆的两端分别连接在预制柱与预制梁的对角节点位置。
上述预制柱与预制梁的对角节点位置通过膨胀型锚栓连接有第一连接板6，所述斜置约束支撑杆的两端分别由拼接板8与第一连接板6通过螺栓7连接固定，所述斜置约束支撑杆的两端通过铰接、焊接或螺栓与拼接板连接固定。
其中一种实施例（如图1、2或3所示），上述斜置约束支撑杆具有两根，上、下相邻预制梁之间形成V字形或倒V字形的屈曲约束支撑，每根斜置约束支撑杆倾斜角度设置为35°~55°之间。
上述斜置约束支撑杆的一端通过第一连接板连接在预制柱与预制梁的节点位置，斜置约束支撑杆的另一端通过第二连接板6A连接在预制梁的中部位置，第一连接板6和第二连接板6A通过膨胀型锚栓与预制柱或预制梁连接，斜置约束支撑杆的两端分别由拼接板与第一连接板或第二连接板通过螺栓连接固定，所述斜置约束支撑杆的两端通过铰接、焊接或螺栓与拼接板连接固定。
进一步的，上述第一连接板6包括相互垂直焊接的竖板片601、横板片602和垂直焊接在竖板片与横板片之间的第一固定板片603，所述竖板片和横板片分别通过所述膨胀型锚栓锁紧固定在预制柱或预制梁上，所述第一固定板片6与所述拼接板8通过所述螺栓固定；所述第二连接板6A包括底板片601A和与底板片601A垂直焊接固定的第二固定板片602A，所述底板片601A通过所述膨胀型锚栓与预制梁中部位置固定连接，第二固定板片602A与所述拼接板通过所述螺栓固定连接。
本发明提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法，所述提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造包括两两竖直设置的预制柱和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆；施工方法如下：(1)确定震损装配式框架结构的加固层（ECC混凝土浇筑层）位置，剔除节点核心区及塑性铰区（即拟浇筑ECC混凝土浇筑层周边位置）破损严重的混凝土，并进一步增设模板，制备出ECC混凝土在模板内浇筑，完成装配式框架结构的浇筑修补工作，将装配式框架结构置于正常环境下浇水养护14天后拆除模板；(2)将装配式框架结构上的第一连接板或第二连接板通过膨胀型螺栓分别与预制柱与预制梁的节点位置或预制梁中部位置连接固定；(3) 斜置约束支撑杆两端分别与拼接板的一端通过高强螺栓进行固定连接，拼接板的另一端通过高强螺栓、焊接或铰接方式固定在第一连接板或第二连接板上，完成屈曲约束支撑的安装工作。
工程水泥基复合材料 (Engineered Cementitious Composites，简称ECC)是一种具有拉伸应变硬化特征和高韧性的新型水泥基复合材料，在单轴拉伸荷载作用下，ECC具有多缝开裂的特征，裂缝宽度可控制在40µm以下，同时ECC的拉伸应变可以稳定达到3%以上，应变能消耗大量的能量；因此，针对震损装配式框架结构中的节点核心区及塑性铰区破损严重的混凝土，采用ECC混凝土浇筑层（即由ECC浇筑形成的混凝土层）取代普通混凝土进行修补破损混凝土，可大幅度减少裂缝宽度以及残余位移，同时，震损RC框架经ECC混凝土加固后，能减轻或延缓结构薄弱处在后期地震中的破坏情况。
屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Brace ，简称BRB，即由至少一根斜置约束支撑杆形成的)是一种性质优良的位移型耗能减震构件，相比传统支撑，在受拉或受压的情况下BRB能够快速进入全截面屈服状态，利用钢芯的塑性变形充分吸收大量地震能量，同时，屈曲约束支撑具有稳定的力学性能和滞回性能；在加固改造工程上，研究表明防屈曲支撑取得了显著的加固效果，能够大幅度提升结构的承载力与抗侧刚度，改善结构的抗震性能，成为结构的“第一道防线”，保证结构的关键构件不受破坏。
目前，震损混凝土结构的加固方法主要包含：增大截面加固法、外包钢加固法、增设剪力墙加固法、粘贴碳纤维布加固法等，与这些加固方法相比，本发明
施工速度更快，且为结构体系提供了第一道抗震防线，可使加固后结构实现“小震经济、中震不坏、大震可修”，能有效改善震损装配式框架结构的承载力与抗震性能。
因此与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面：(1)本发明中，采用ECC混凝土浇筑层替代预制梁、柱节点以及塑性铰区（即预制柱与预制梁拐角连接处）的破损混凝土，能提高震损结构节点的耗能能力及延性，减少混凝土的裂缝发展；(2)由斜置约束支撑杆形成的屈曲约束支撑可大幅度提高震损装配式框架结构的承载力以及抗震性能，保护结构的重要部位不受破坏，起到“保险丝”作用；(3)屈曲约束支撑可改善装配式框架结构的破坏机制，有利于提高震损结构的抗震加固；(4)本发明高效经济、施工周期短，屈曲约束支撑也易于安装。
为进一步论证本发明的可行性，研究加固后震损结构的抗震性能是否满足现行规范要求，因此，通过设计并完成一榀单层单跨装配式框架结构的拟静力预损试验，经防屈曲支撑与ECC复合加固后再次进行拟静力试验，对比分析加固前后装配式框架的抗震性能、破坏模式、屈服顺序等内容，从而验证本发明的加固效果，以期为工程设计人员提供试验数据和加固方法。
严格依据国家规范设计了一榀单层单跨的装配式框架结构A（即试件），轴压比设计为0.3，考虑到实际工程中楼板对结构受力性能的影响，装配式框架进一步增设楼板，其厚度与宽度分别选取为60mm与700mm，试件选用直径6mm与直径8mm的光圆钢筋HPB300作为箍筋，梁与柱的纵向受力钢筋都采用直径12mm的热带肋钢筋HRB400；考虑到柱端及梁端在加载装置的作用下，防止混凝土局部受压而造成破坏，柱端及梁端都设计了加载头。
装配式框架采用二次浇筑的方式进行制作，两次浇筑均采用C30商品混凝土，第一次构件整体浇筑部位包含地梁、框架柱及部分框架梁,同时，参照规范梁端设置键槽，其深度与宽度分别设计为30mm和90mm，第二次混凝土浇筑部位则包括梁柱节点、框架梁的其余部分以及楼板，试件经14天浇水养护后进行拆模，即可完成装配式框架的制作。
装配式框架结构制作完成后，在实验室进行拟静力试验，拟静力试验构件加载图如图7所示（图中A1为反力墙，A2为作动器，A3为千斤顶，A4为抱板螺杆）；静力试验所用的设备包括围设在试件A外围的框架，所述框架包括设在试件A两外侧的立柱A5和连接在两立柱上的横柱A6，其中一立柱A5外侧设有反力墙A1，在横柱A6与试件A顶面之间设有千斤顶A3，在反力墙A1侧面与试件A侧面之间设有用于通过抱板螺杆A4牵拉试件A的作动器A2；以位移控制加载，装配式结构预损试验的最终破坏图如图8所示，装配式框架结构的屈服顺序为框架梁－框架柱，破坏模式为典型的梁铰模式。
结构的抗震修复加固工作主要目的是恢复震损框架结构的整体工作性能以及提高试件的抗震性能，而消能减震技术能满足结构加固改造的工作要求，因此，为进一步验证本发明的可行性，针对震损装配式框架结构提出了屈曲约束支撑与ECC的复合加固方式（即为本发明施工方法），加固过程分为局部修补和整体加固，在局部修补中，主要目的是初步恢复震损结构的整体工作性能，通过选取ECC混凝土替换破损混凝土，后期加固中，依据基于性能的防屈曲支撑设计方法，针对试件合理设计并进一步安装防屈曲支撑。
震损装配式框架结构剔除破损混凝土后，采用ECC混凝土浇筑，初步完成整体结构的局部修补，接着，选用耗能型屈曲约束支撑（斜置约束支撑杆）进一步加固试件，防屈曲支撑采用焊接的连接方式，施工步骤如下：(1) 将连接板分别连接到跨中梁以及柱端的预埋件（膨胀性锚栓）上，连接时连接板产生的平面偏移不得超过节点板厚度的1/3，如有超出应给予纠正；(2) 依次布置并固定人字形防屈曲支撑，使其与框架柱间的夹角为45°；当位置产生偏差时，可通过切割连接板进行消除误差；(3) 焊接时应确保焊缝不出现焊缝缺陷，如有缺陷则重新焊接。
震损装配式框架经防屈曲支撑加固完后即进行拟静力试验，依据试件的预损试验采取相同的加载装置、加载制度以及测量方案等，有利于通过试验数据进行加固前后试件抗震性能的对比，加载示意也如图7所示。为了更好的阐述试验现象，将防屈曲支撑靠近MTS取为BRB-L，远离一侧则为BRB-R。
通过拟静力试验，观察得到：当加载工况为
3mm时，防屈曲支撑进入屈服阶段。当加载工况为
15mm，框架梁筋逐渐屈服。当加载工况达至
25mm，柱纵向受力钢筋最终进入屈服阶段；因此，BRB-PC框架的屈服顺序为防屈曲支撑－框架梁－框架柱，破坏模式为支撑梁铰模式；这种模式下，防屈曲支撑率先充分的耗能，将结构通过自身破坏进行耗能转化为由支撑的塑性变形进行耗能，同时，梁端形成塑性铰，通过塑性铰的转动吸收能量，框架柱在大位移下，逐渐产生塑性铰，使得整体框架结构绕着柱端做转动，消耗地震能量；但因BRB与装配式框架的连接导致塑性铰的位置逐渐上升，柱角底部并无出现太多破坏，最后，随着防屈曲支撑达到极限承载力失效，梁端与柱端塑性铰区的混凝土也依次破损严重，整体框架承载力出现下降，停止试验加载。
对比震损装配式框架结构加固前后的滞回曲线，如图9所示，可以发现装配式结构的最大加载位移为
45mm，滞回环累计的总耗能为78931KN.mm；BRB加固装配式结构的位移最大值为
50mm，滞回环累计的总耗能为211677KN.mm，相比总耗能提升1.68倍，得出结论：BRB-装配式框架的耗能整体情况优于装配式框架。
在最大位移与极限承载力方面上，BRB-PC框架结构的极限承载力分别为508.34KN与-410.18KN，最大位移为
50mm，装配式框架结构的极限承载力分别为336.35KN与-324.97KN，最大位移值为
45mm；加固后震损结构的承载力增长幅度分别为51.3%与26.2%，最大位移增加11.1%；得出结论：屈曲约束支撑能大幅度提升震损装配式结构的承载力，在结构的位移延性上，装配式框架结构的延性系数为2.70，而BRB-PC结构的延性系数为2.37，恢复到结构初始延性的88%，表明装配式结构的延性优于BRB-PC框架结构，BRB能有效提升震损装配式结构的变形能力；依据拟静力试验获取的滞回曲线，能确定出结构的耗能指标，以此评定结构的耗能能力，对比加固前后震损装配式框架结构的等效粘滞阻尼比系数与能量耗散系数，如图10与图11所示，可以发现：在等效粘滞阻尼比系数与能量耗散系数上，装配式框架结构最大值分别为0.158与0.99，而BRB-PC框架结构为0.196与1.26，两者分别增长24%与27%。
对比加固前后震损装配式框架结构的耗能比曲线，如图12所示，可以看出：对比加固前后试件耗能比曲线均呈现上升的变化规律，在耗能比系数上，装配式框架结构最大值为0.68，BRB-装配式框架最大值为0.79，涨幅为16%。
低周反复加载中，防屈曲支撑的滞回曲线能客观的反映构件承载力、变形能力等抗震性能，因此，通过在支撑设置拉线式位移计，即可测量试验中支撑的轴向变形，同时，为获取支撑的轴力变化，在防屈曲支撑与试件的连接处设置钢筋应变片，核心段钢芯工作时将产生变形，通过获取应变转换为支撑的轴力，防屈曲支撑的滞回曲线图如图13与图14所示，在BRB-R的滞回曲线中，支撑的极限轴向变形为25mm，轴力峰值分别是95KN与-95KN，在BRB-L的滞回曲线中，极限轴向变形为30mm，轴力峰值分别为97KN与-97KN，两根防屈曲支撑的滞回曲线饱满，未出现捏拢现象，左右对称性良好，同时，在加载过程中，支撑能与震损装配式框架结构协同工作，两者的连接件未出现破坏，因此，得出结论：在受拉或受压情况下，防屈曲支撑的力学性能稳定，也满足加载中装配式框架结构的变形协调条件。
上述内容综合对比分析加固前后震损装配式框架结构的抗震性能、破坏模式、屈服顺序等内容，试验结果表明，震损装配式框架结构经复合加固后的整体抗震性能优于装配式框架结构，进一步得出结论：本发明易于施工且经济，结构设计合理，能显著达到震损装配式框架结构的加固效果。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：包括两两竖直设置的预制柱和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆。
2.根据权利要求1所述的提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：所述斜置约束支撑杆为单根，其倾斜角度设置为35°~55°之间，斜置约束支撑杆的两端分别连接在预制柱与预制梁的对角节点位置。
3.根据权利要求2所述的提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：所述预制柱与预制梁的对角节点位置通过膨胀型锚栓连接有第一连接板，所述斜置约束支撑杆的两端分别由拼接板与第一连接板通过螺栓连接固定，所述斜置约束支撑杆的两端通过铰接、焊接或螺栓与拼接板连接固定。
4.根据权利要求1所述的提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：所述斜置约束支撑杆具有两根，相邻预制梁之间形成V字形或倒V字形的屈曲约束支撑，每根斜置约束支撑杆倾斜角度设置为35°~55°之间。
5.根据权利要求4所述的提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：所述斜置约束支撑杆的一端通过第一连接板连接在预制柱与预制梁的节点位置，斜置约束支撑杆的另一端通过第二连接板连接在预制梁的中部位置，第一连接板和第二连接板通过膨胀型锚栓与预制柱或预制梁连接，斜置约束支撑杆的两端分别由拼接板与第一连接板或第二连接板通过螺栓连接固定，所述斜置约束支撑杆的两端通过铰接、焊接或螺栓与拼接板连接固定。
6.根据权利要求3或5所述的提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造，其特征在于：所述第一连接板包括相互垂直焊接的竖板片、横板片和垂直焊接在竖板片与横板片之间的第一固定板片，所述竖板片和横板片分别通过所述膨胀型锚栓锁紧固定在预制柱或预制梁上，所述第一固定板片与所述拼接板通过所述螺栓固定；所述第二连接板包括底板片和第二固定板片，所述底板片通过所述膨胀型锚栓与预制梁中部位置固定连接，第二固定板片与所述拼接板通过所述螺栓固定连接。
7.一种提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法，其特征在于：所述提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造包括两两竖直设置的预制柱和水平设在两预制柱之间的若干层预制梁，在预制柱与预制梁拐角处表面均具有ECC混凝土浇筑层，该ECC混凝土浇筑层在预制柱上具有纵向截长度段，该ECC混凝土浇筑层在预制梁上具有横向截长度段，所述纵向截长度段和横向截长度段垂直衔接且一体浇筑而成，在纵向相邻的预制梁之间设置有至少一根的斜置约束支撑杆；施工方法如下：(1)确定震损装配式框架结构的加固层（ECC混凝土浇筑层）位置，剔除节点核心区及塑性铰区（即拟浇筑ECC混凝土浇筑层周边位置）破损严重的混凝土，并进一步增设模板，制备出ECC混凝土在模板内浇筑，完成装配式框架结构的浇筑修补工作，将装配式框架结构置于正常环境下浇水养护14天后拆除模板；(2)将装配式框架结构上的第一连接板或第二连接板通过膨胀型螺栓分别与预制柱与预制梁的节点位置或预制梁中部位置连接固定；(3) 斜置约束支撑杆两端分别与拼接板的一端通过高强螺栓进行固定连接，拼接板的另一端通过高强螺栓、焊接或铰接方式固定在第一连接板或第二连接板上，完成屈曲约束支撑的安装工作。
8.一种提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的测试方法，其特征在于：(1) 制作一榀单层单跨装配式框架结构的试件，（2）将装配式框架结构的试件进行第一次静力试验，试件受损，（3）在受损试件上进行加固，加固施工步骤采用提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法，（4）将加固后的试件再进行第二次静力试验；（5）通过第一、二次静力试验进行分析对比，获得加固前后震损装配式框架结构的抗震性能、破坏模式和屈服顺序。
9.根据权利要求8所述提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的测试方法，其特征在于：步骤（3）提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的施工方法包括如下：(1)确定震损装配式框架结构的加固层（ECC混凝土浇筑层）位置，剔除节点核心区及塑性铰区（即拟浇筑ECC混凝土浇筑层周边位置）破损严重的混凝土，并进一步增设模板，制备出ECC混凝土在模板内浇筑，完成装配式框架结构的浇筑修补工作，将装配式框架结构置于正常环境下浇水养护14天后拆除模板；(2)将装配式框架结构上的第一连接板或第二连接板通过膨胀型螺栓分别与预制柱与预制梁的节点位置或预制梁中部位置连接固定；(3) 斜置约束支撑杆两端分别与拼接板的一端通过高强螺栓进行固定连接，拼接板的另一端通过高强螺栓、焊接或铰接方式固定在第一连接板或第二连接板上，完成屈曲约束支撑的安装工作。
10.根据权利要求8所述提高震损装配式框架结构抗震性能加固构造的测试方法，其特征在于：所述第一次静力试验和第二次静力试验所用的设备包括围设在试件（A)外围的框架，所述框架包括设在试件（A)两外侧的立柱（A5和连接在两立柱上的横柱（A6)，其中一立柱(A5)外侧设有反力墙（A1)，在横柱（A6)与试件（A)顶面之间设有千斤顶（A3)，在反力墙（A1)侧面与试件（A)侧面之间设有用于通过抱板螺杆（A4)牵拉试件（A)的作动器（A2)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011076522.1A CN112096116A (zh) | 2020-10-10 | 2020-10-10 | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011076522.1A CN112096116A (zh) | 2020-10-10 | 2020-10-10 | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112096116A true CN112096116A (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=73782641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011076522.1A Pending CN112096116A (zh) | 2020-10-10 | 2020-10-10 | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112096116A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113175078A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-27 | 哈尔滨工业大学 | 新型装配式屈曲约束支撑钢框架结构转动连接节点单元 |
| CN114033202A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-02-11 | 焦作市建设工程质量检测站 | 一种具有监测功能的震损连梁加固结构及其加固方法 |
| CN116944639A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 晋西铁路车辆有限责任公司 | 一种铁路货车板柱式端墙组焊工艺 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106013432A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 东南大学 | 一种高延性装配整体式框架中节点连接结构及施工方法 |
| CN106149873A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-11-23 | 佛山电力设计院有限公司 | 预制装配式混凝土框架结构及其制备方法 |
| CN106988552A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-07-28 | 福州大学 | 基于brb的既有钢筋混凝土结构加固构造及其加固方法 |
| CN108798053A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-13 | 昆明理工大学 | 一种ecc加固震损框架结构梁柱节点的方法 |
| WO2019056716A1 (zh) * | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 中国建筑股份有限公司 | 全装配式预应力砼框架抗震耗能构件体系及施工方法 |
| CN109853727A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-06-07 | 华南理工大学 | 可恢复功能型钢筋混凝土框架抗震耗能节点 |
| CN110080388A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-02 | 福建工程学院 | 一种提高pc框架节点抗震性能的连接结构及其施工方法 |
| CN214091124U (zh) * | 2020-10-10 | 2021-08-31 | 福州大学 | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造 |
-
2020
- 2020-10-10 CN CN202011076522.1A patent/CN112096116A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106013432A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 东南大学 | 一种高延性装配整体式框架中节点连接结构及施工方法 |
| CN106149873A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-11-23 | 佛山电力设计院有限公司 | 预制装配式混凝土框架结构及其制备方法 |
| CN106988552A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-07-28 | 福州大学 | 基于brb的既有钢筋混凝土结构加固构造及其加固方法 |
| WO2019056716A1 (zh) * | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 中国建筑股份有限公司 | 全装配式预应力砼框架抗震耗能构件体系及施工方法 |
| CN108798053A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-13 | 昆明理工大学 | 一种ecc加固震损框架结构梁柱节点的方法 |
| CN109853727A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-06-07 | 华南理工大学 | 可恢复功能型钢筋混凝土框架抗震耗能节点 |
| CN110080388A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-02 | 福建工程学院 | 一种提高pc框架节点抗震性能的连接结构及其施工方法 |
| CN214091124U (zh) * | 2020-10-10 | 2021-08-31 | 福州大学 | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈伟宏;林仪旺;刘万里;崔双双;: "贴CFRP加梁端加腋加固震损PC节点的抗震性能", 华中科技大学学报(自然科学版), no. 06, 23 June 2020 (2020-06-23) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113175078A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-27 | 哈尔滨工业大学 | 新型装配式屈曲约束支撑钢框架结构转动连接节点单元 |
| CN113175078B (zh) * | 2021-04-21 | 2022-11-01 | 哈尔滨工业大学 | 新型装配式屈曲约束支撑钢框架结构转动连接节点单元 |
| CN114033202A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-02-11 | 焦作市建设工程质量检测站 | 一种具有监测功能的震损连梁加固结构及其加固方法 |
| CN116944639A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 晋西铁路车辆有限责任公司 | 一种铁路货车板柱式端墙组焊工艺 |
| CN116944639B (zh) * | 2023-09-20 | 2023-12-26 | 晋西铁路车辆有限责任公司 | 一种铁路货车板柱式端墙组焊工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112096116A (zh) | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造、施工方法和测试方法 | |
| CN107288218B (zh) | 一种装配式钢筋混凝土框架结构梁柱节点及其制作方法 | |
| Shufeng et al. | Experimental study of a fabricated confined concrete beam-to-column connection with end-plates | |
| CN107419824A (zh) | 再生式钢骨架全预制剪力墙结构体系及施工方法 | |
| CN104389419A (zh) | 悬挑支模平台安装结构及施工方法 | |
| CN102635177A (zh) | 一种无粘结暗支撑钢筋混凝土框架剪力墙及其施工方法 | |
| CN106638946A (zh) | 钢筋混凝土摇摆柱与基础的连接结构 | |
| CN105239726A (zh) | 预制型钢混凝土组合异形耗能柱 | |
| CN207017483U (zh) | 再生式钢骨架全预制剪力墙结构体系 | |
| CN214091124U (zh) | 提高震损装配式框架结构抗震性能的加固构造 | |
| CN105002995A (zh) | 钢筋预应力钢管混凝土支撑 | |
| CN213509716U (zh) | 提高震损rc框架结构抗震性能的加固构造 | |
| CN200985489Y (zh) | 内置斜腿刚架预应力混凝土变截面箱梁桥 | |
| CN112096115A (zh) | 提高震损rc框架结构抗震性能的加固构造及施工方法 | |
| CN116752631A (zh) | 一种预制装配式蜂窝型钢混凝土梁柱节点及施工方法 | |
| CN217027617U (zh) | 带可更换墙脚构件的frp混合配筋混凝土剪力墙 | |
| CN201343796Y (zh) | 钢管混凝土—钢撑—钢板外包混凝土剪力墙 | |
| CN103898983A (zh) | 钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁中层节点连接结构 | |
| CN116084587A (zh) | 一种钢丝网剪力墙及其施工方法 | |
| CN204001810U (zh) | 一种外包钢围套加固火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点装置 | |
| CN106760031B (zh) | 延性加气混凝土砌块组合墙 | |
| Ye et al. | FRP in civil engineering in China: research and applications | |
| CN202359663U (zh) | 一种预制组合节点构件 | |
| CN212388850U (zh) | 一种免拆浇筑型保温防震横梁 | |
| CN111119404A (zh) | 一种提高框架梁端延性的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |