1、砖混结构后加嵌入式构造柱抗震加固技术研究,主要工作,1. 通过学习规范，结合汶川地震的各类砌体结构的震害破坏形态，分析砖砌体产生破坏的原因，提出对于砖砌体结构的抗震应以概念设计为主先，重视规范要求。2. 算例来分析规范的公对于各类砌体结构的抗震计算方法，特别是横墙抗震的方法-底部剪力法，用工程式的正确性。3. 通过对原规范后加构造柱部分进行分析、修正，提出新型的后加嵌入式构造的加固技术，并简要说明其施工工法。,课题研究目的,课题的研究目的：提高结构的整体性能，防止砖混结构出现整体性垮塌，确保地震中人民生命财产安全。,工程应用价值,开展本课题研究，可以有效提高砖混砌体结构体系的抗震能力，可以有效
2、防止地震时结构体系的垮塌，有效避免人员过大伤亡，因而其研究具有极大的工程应用价值；另外，对于震后损伤砖混砌体结构体系的抗震加固，可以有效节约成本，提出实用型加固技术对于快速恢复灾后重建也有重要的战略意义,提出实用型加固技术。,国内研究动态,我国是一个多地震的国家，处于世界地震活动频繁两条地震带间，分布范围十分广泛 。90年代以后，我国科研工作者才对抗震鉴定与加固分析工作的认识上升到一个新的高度 。在加固方法的研究上，除了扩大截面法、粘钢法和外包钢法等传统的加固方法之外，近年来大力开展了预应力加固方法和碳纤维加固方法的研究，并取得显著的成效。但由于对砖混砌体结构体系抗震性能认识的不足，砖混结构的
3、整体性和抗垮塌问题值得深入研究，尤其是经历5.12大地震的惨痛教训之后，开展这一课题的研究就具有更重要的研究价值和现实意义。,研究的主要内容,主要分析影响砖混结构整体性的主要影响因素，研究增强砖混结构整体性的加固方法，提高砖混结构的整体性，保障砖混结构的抗倒塌性能，着重考虑后加构造柱加固技术。,汶川地区砌体结构震害初步分析,震害表明：强烈地震作用下，多层砌体房屋的破坏主要是（1）墙身破坏（2）附属构件破坏（3）构件间的连接处破坏。而楼盖、屋盖本身因为强度的破坏不多，主要是因连接不牢而坍塌，或因墙倒而发生垮塌，当纵横墙连接不牢或板墙联系较差时，往往也会因楼板从横墙滑脱而掉落，有时会发生外纵墙整片
4、外闪而全部倒塌。汶川地震以墙的破坏以及空心板的垮塌所带来的震害为主。墙体产生X型裂缝或水平缝，预制空心板因整体连接不好而塌。,地震作用主要是水平地震力的影响：多层砌体及多层内框架房屋在地震水平力沿房屋横向作用时，水平地震力将通过楼盖传给横墙，这时横墙主要受剪切，当某一横墙所受的剪力超过砌体本身的抗剪承载力时，会产生斜裂缝或反方向水平力作用下的斜裂缝，即交叉裂缝；当地震水平力沿房屋纵向作用时，水平地震力将通过楼盖传给纵墙，如果窗间墙很宽，纵墙仍以剪切破坏为主，如果窗间墙很窄，纵墙将可能压弯破坏。对于大量的村镇建筑，以一层砖混结构居多，屋盖大多数为木檩条小青瓦屋面、少数为预应力混凝土圆孔板，当水平
5、地震力沿房屋横向时，由于房屋的空间作用，一部分地震力会通过屋盖传给横墙或山墙，还有部分传给纵墙，横墙（或山墙）以剪切破坏为主，纵墙以压弯破坏为主。,对于概念设计的理解,地震的破坏作用和结构的破坏机理十分复杂，用真实的建筑物进行整体试验来研究地震的破坏又受到限制，精确计算是艰难的，70年代后，人们提出了“概念设计”，它比“数值设计”更重要，概念设计是指正确的解决总体方案，材料使用和细部构造，以达到合理的抗震效果，它要考虑以下因素：场地条件和土的稳定性，建筑平立面布置的合理性及外形形态，抗震体系的选择，抗侧构件的布置及质量分布，非结构构件与主体的关系，二者间的联结，材料的选择和施工质量等。掌握概念
6、设计，将有利于明确抗震思想，较好的运用规范，但也决不是不重视数值设计。,根据概念设计原理，在进行抗震设计时，应遵守下列基本要求：1.选择对抗震有利的场地、地基和基础2.选择有利于抗震的平面和立面布置3.选择技术上、经济上合理的抗震结构体系,4.抗震结构的构件应有利于抗震 5.保证结构整体性，并使结构和连接部位具有较好的延性 6.非结构构件应有可靠的连接和锚固 7.注意材料的选择和施工质量,多层砌体结构房屋的抗震计算理论与加固研究,多层砌体房屋的破坏主要是由水平地震作用引起的，对于多层砌体房屋的抗震计算，一般只考虑水平地震作用的影响，而可不考虑竖向地震作用的影响。水平地震作用验算步骤为（1）计算
7、重力荷载的代表值（2）计算水平地震作用力（3）计算各层的地震剪力（4）验算各横墙的抗震承载力，下面公式为地震力的计算：FEK1Geq 其中地震影响系数是根据国内外在地震中对地面的加速度的记录及地震反应谱的统计分析，采用标准反应谱曲线作为设计依据（5）对于多层砌体结构，底框，多层内框，地震影响系数取水平影响系数的最大值（6）高不超40米，以剪切变形为主且建筑质量的分布和刚度沿高度变化均匀的结构，单质点体系的结构，可采用底部剪力法进行地震力的计算。,地震时，多层砌体房屋的破坏主要是由水平地震作用引起的，汶川地震的大部分砌体的震害已说明了这一点。因此，对于多层砌体房屋的抗震计算，一般只考虑水平地震作
8、用的影响，而可不考虑竖向地震作用的影响。当多层砌体房屋的总高度不高，高宽比不大于规范规定时，由整体弯曲而产生的附加应力不大。因此，可不作整体弯曲验算，而只需验算房屋在横向和纵向水平地震作用的影响下横墙和纵墙在其自身平面内的抗剪能力。,砖混结构无构造柱震害分析,历次震害表明，砖混结构房屋受地震破坏最为严重。1976年的唐山地震，在一千余栋砖混房屋中，倒塌率为70%90%；1991年的新疆柯坪地震，1993年的云南普洱地震，砖混房屋的破坏率达到75%。无构造柱的砖房受到10度地震的作用，就有80%倒塌。有构造柱的砖房在1011度地区，却只有严重破坏的及部分倒塌（有两栋仅无构造柱部分倒塌）。,在地震
9、中砖混在结构中水平地震作用下， 墙体会产生X形裂缝，有的墙体沿有的会将砖块间断，如果没有圈梁，构造柱的约束，裂缝会很快延伸扩展，最终使墙体剪坏，突然倒塌，造成房屋局部或全部倒塌砖墙齿缝发展。X形交叉斜裂缝是由于墙体抗剪能力不足造成的，属于主拉应力超过砌体强度所引起的剪切破坏现象，交叉斜裂缝一般出现在房屋的1-3层的承重横墙以及纵墙。开裂严重墙体出现砂浆被震松、墙体被压酥的情况，已经基本丧失了承载力。,缺少构造柱导致纵墙上产生的X裂缝,无构造柱室内窗户出现剪切裂缝,在地震时构造柱和圈梁起着约束墙体的作用和防止墙体开裂后砌块散落，同时增加了建筑的整体性，同时变形大的砌块墙体受到变形较小的构造柱的有
10、利约束。增强了内外墙联结的整体性，而且形成了一个圈梁与构造柱形成组成的带钢筋混凝土边框的抗侧力体系，大大提高机构的抗变形能力。,底层完全垮塌，上两层被甩了出去，由于圈梁和构造柱，上两层严重变形但没有解体,仅存的砖混结构是由于有圈梁和构造柱,有构造柱震后没有倒塌,砖混结构中构造柱的作用,a)它可加强纵横墙间的连接。b)构造柱的设置是为了加强房屋整体性能而设的，由于构造柱的钢筋混凝土材料的弹性模量比砌体材料的弹性模量大，故在竖向荷载作用下，混凝土构造柱的变形比砌体要小，同时在混凝土构造柱和墙体的联结作用下，变形大的砌块墙体受到了变形小的构造柱有利约束。c)它可提高砖砌体的抗剪能力，虽然提高的比例不
11、是很大，试验表明：能提高砖体的抗剪承载力约为1030%（提高幅度与墙体的高宽比，竖向压力应力，开洞情况等因素有关）能约束墙体的开裂，对限其裂缝的开展，起一定作用。 d)虽然提高抗剪的能力有限，但是对砖墙墙体的约束和防止墙体开裂后砌块散落能起非常显著的作用。,e)它与圈梁共同作用，加大了建筑物的整体度，类似框架结构，可称为“弱框架”，对墙体起了约束作用，墙体的四周处于双向双压状态使墙体横向变形减小，改善墙体受压的稳定性能从而提高墙体的承载能力。一般认为可提高1020%。 f)一般认为设置构造柱的砖墙延性系数可比普通砖墙延性系数提高24倍。从而大大改善了砖结构的变形性能，提高了砖结构的抗震能力，可
12、以使砖结构在大地震的作用下，做到裂而不倒。,后加嵌入式构造柱产生的原因,在砌体抗震加固中，不同于外加构造柱，在墙体内适宜部位设置的钢筋混凝土柱并与圈梁连接，共同加强建筑物的稳定性，这种钢筋混凝土柱称为后加嵌入式构造柱。后加构造柱改造技术，即是指为了提高其抗震承载能力，对已建无圈梁构造柱的砌体结构，位于结构合理的部位增设钢筋混凝土构造柱的施工技术，其技术在砖混结构整体抗震加固中的应用已久。设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程（JGJ/T13-94）中所录用的后加构造柱改造技术部分，后加构造柱指在原房屋外部增设混凝土构造柱，其增设的构造柱通常是捆绑在原建筑外侧，严重影响了原建筑风貌，并且显得过
13、于笨重，影响建筑美观。为了尽可能地保持原有的建筑风貌，应将后加混凝土构造柱嵌入原砌体结构墙体中，随着加固施工工艺的进步，加固所使用材料的发展，目前的施工技术完全可以做到，此时若再按部就搬地运用规程中所录用的后加构造柱加固处理方法就显得有些久妥 。,a）切割、钻孔技术的发展,砌体结构抗震加固工程中所采用的后加构造柱改造技术施工方法，使用到的切割、钻孔机具获得的技术更新，所用机具朝着轻型、便捷、操作方便等方面发展，基本上可根据加固设计人员的设计理念方法，选取合适的切割、钻孔机具，在原房屋墙体上切出有利形状的沟槽。,(1)切割机具,图2 液压墙锯系统,图3 钻石链锯系统,（2）钻孔机具,a),b),
14、c),图4 电锤具系列,后加构造柱施工时，一方面可根据抗震加固设计要求，运用此部分墙体切割机具在砌体结构墙体外侧需要增设混凝土构造柱部位，切割成锯齿形或进行留槎切割，边留马牙槎，边切割掉原承重砌体墙，留槎切割是为了保证后加构造柱与原砌体墙之一通过机械咬合达到共同工作的目的；另一方面采用相关的钻孔机具将墙体打洞，通过植筋的方法埋入拉结钢筋（见图5后加构造柱大样示意），加强后加构造柱部分与原砌体结构墙体的联结性能，保证两者在地震作用下能共同承担地震作用效应。,b)新材料的发展干拌自密实混凝土应用,干拌自密实混凝土是免振捣自密实混凝土的基础上发展的一种新型混凝土，它是以水泥作为基料，以高强度材料作为
15、粗、细骨料，辅以高流态、微膨胀、早强性、抗渗性抗离析等掺和料配制而成的一种具有较好抗裂性能的新型复合材料。 它是机械设备安装、结构加固补强及防油防渗工程的理想材料，保证在灌浆地充分填充工作空间，并提供适当的膨胀应力；保证设备安装定位、结构修补或栽筋锚固在一天内完成，大大缩短了施工周期，达到省工、省时、早运转或早投入使用的技术经济效果 。,干拌自密实混凝土除具有普通混凝土相关良好 性能以外，与普通混凝土相比还有如下几个特 点： （1）早强高强：13天强度可达到3050MPa 以上，灌浆后24h即可拆模。 （2）高自流性：具有高自流性，现场加水搅拌 即可使用，不需振捣便可填充全部间隙。 （3）微膨
16、胀性：灌浆后无收缩，保证后浇混凝 土构件与原结构紧密接触。,干拌自密实混凝土的出现，使得后加嵌入式构造柱成为一种可能。按照设计要求，在原砌体承重墙上开槽后，绑扎后加构造柱钢筋，立模后，灌入干拌自密实混凝土，其能充分填充模板与原砖墙之间的空隙，保证后浇混凝土与原砌体墙体能紧密接触，确保遭遇地震时，后加构造柱能有效地与原砌体墙协同工作。,C）使用要求的需求,砖混结构是我国中小学建筑的主要结构类型之一，从60，70年代的唐山地震，海城地震，东川地震到80，90年代的云南禄劝地震，云南普洱地震，包头地震到最近的四川汶川地震等历次破坏性地震中，砖混结构都遭到不同程度地破坏，造成了一定程度的生命财产损失。
17、我国作为一个发展中国家，各省市发展不平衡，中小学校舍虽然经过了“校改”，“双基”等几次大的建设后，经济较好的地区有了较大的改观。但是，偏远山区和经济欠发达的地区中小学校舍没有根本转变。近几年，国家建设部，教育部三令五申要求加强中小学校舍建设，各级部门作出了不懈的努力，收到了一定成效。但在每年组织对中小学校舍质量，安全大检查中，发现农村中小学校舍质量仍令人担忧。,后加嵌入式构造柱的抗震性能,在砌体结构房屋抗震加固工程中，后加构造柱设置措施是为了加强整体性能而设的，其作用主要表现在以下几个方面：1）可以大大提高砌体墙的极限变形能力，使砌体墙在遭遇地震强烈的地震作用时，虽然砌体墙体开裂严重但不至于突
18、然倒塌伤人。2）墙体开裂以后，后加构造柱能够有效地约束破碎的三角形砌体脱落坍塌，即使在构造柱自身上下端出现塑性铰后，也能阻止破碎砌体的坍塌。3）后加钢筋混凝土构造柱不仅增强了内外墙联结的整体性，而且形成了一个由圈梁和构造柱组成的类似框架结构，其抵抗地震损伤的作用效果明显。所谓的异型构造柱，是与矩形截面构造柱相对而言的，比如T型，L型截面的构造柱。（见图5）。,图5 后加构造柱示意,图6 后加构造柱切割示意,从图5、6可以看出，此种后加嵌入式构造柱，不影响原建筑里面形状，且与传统的后加构造柱的做法相比，由于原建筑结构砌体墙体真正包围在后加嵌入式构造柱内，并使用新材料干拌自密实混凝土浇注，更能保证
19、构造柱与原墙体联结作用，更能确保后加构造柱对房屋抗震作用的有利作用得到充分体现。,后加嵌入式构造柱的施工方法,后加嵌入式构造柱抗震加固方案，其施工方法应大致按照边切割边浇干拌自密实混凝土的原则，以确保切割后墙体的自身稳定性。分布做法应大致遵循以下几个步聚：1）在原墙体的一侧，按照后加构造柱的尺寸，边留马牙槎，边切切割掉原承重墙，此时应注意施工的顺序及方法，确保施工的安全性。2）绑扎钢筋骨架并埋入后加拉结筋 。3）立模，此时应注意模板自身及模板与原墙体之间的紧密性，保证在浇注干拌自密实混凝土时不漏浆。4）浇注混凝土 。5）拆模、养护 。,此部分施工方法，针对不同工程的特殊性，大致可分为两种，一种分层施工，一层后加构造柱混凝土，达到一定的强度后，方可进行下一层的施工；另一种是分轴线间隔施工如图5所示，可先对2、4轴线进行后加构造柱施工，施工完成后，再对1、3轴线进行施工。,结论,综上所述，嵌入式后加钢筋混凝土构造柱除了能满足规范中录入的普通后加构造柱抗震加固性能之外，还具有不破坏原建筑表观建筑形式，并且嵌入式后加构造柱与原墙体的整体性更好，更利于抵抗地震的作用，减轻震害，有一定的实际推广应用空间。,谢 谢！,
