结构加固改造之抗震加固-5-2013-12-28

目录1.加固原因2.加固发展3.加固方法第5节结构抗震加固第八章结构加固改造理论与技术结构为什么抗震加固？1抗震加固原因规范要求地震经验宗旨《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-2009•未采取抗震设防措施的已建成的建筑物、构筑物•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00.511.522.500.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83阻尼比0.05阻尼比0.22max=()gTT2max=20.0510.061.70.050.90.55增加结构承载力增加结构阻尼延长结构周期抗震加固总述加固原理加固方法-0.020.040.060.080.100.1200.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83低阻尼位移谱高阻尼位移谱位移反应谱增加结构承载力增加结构阻尼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）阻尼器归纳油阻尼器FCuFu曲线：椭圆油节流阻抗型筒型FCuFu曲线：椭圆+四边形高分子化合物剪切、流动阻抗型平面型、多层型、筒型黏滞阻尼器黏弹性阻尼器()()FKuCuFu曲线：倾斜椭圆丙烯、二烯等化合物剪切阻抗型平面型、筒型软钢、摩擦阻尼器()FKfuFu曲线：双线性钢材、铅、摩擦塑性滞回阻抗型平面型、筒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72.05m)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）3三、地震造成的桥梁破坏1.上部结构的破坏；2.支承连接部位的破坏；3.下部结构的破坏；4.基础的破坏。3.1上部结构的破坏上部结构自身因直接受地震力而破坏的现象极为少见，但因支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象在破坏性地震中常有发生。在落梁破坏中，顺桥向的落梁占绝大多数。梁在顺桥向发生坠落时，梁端撞击下部结构常常使桥墩受到很大的破坏。唐山滦河桥震害1989年美国洛马.普里埃塔地震旧金山-奥克兰海湾桥1989年美国旧金山大地震造成桥梁坍塌1994年美国洛杉矶北岭大地震GavinCanyon跨线桥1994年美国洛杉矶北岭大地震（I514号立交）连续梁桥主梁破坏1995年日本阪神大地震西宫港大桥1995年日本阪神地震某跨线桥落梁斜拉桥断拉索刚架拱桥破坏板拱桥拱顶破坏汶川地震后的北川吊桥汶川地震一跨50mT型PC简支梁掉进岷江震毁的大桥－1震毁的大桥－23.2支承连接部位的破坏桥梁支座、伸缩缝、锚栓和防震挡块等在地震中破坏较为普遍。支承连接件是桥梁结构中的薄弱环节。支座损坏－1支座损坏－2灾后的红白段铁路桥支座脱落损坏－1支座脱落损坏－2上部结构横移破坏支座、挡块破坏防震挡块破环3.3桥梁墩台的破坏对于钢筋混凝土桥台或桥墩，破坏现象包括混凝土保护层剥落、墩台身开裂和纵向钢筋屈曲等。严重的破坏现象还包括墩台的严重倾斜、剪断或折断、倒塌等。钢结构的桥墩会发生严重的屈曲，从而丧失承载能力。1989年美国洛马.普里埃塔地震（Cypress桥）StruveSlough桥剪切引起的桥墩破坏1995年日本阪神大地震桥墩破坏－11999年台湾集集地震桥墩破坏1995年日本阪神大地震桥墩破坏－21995年日本阪神大地震桥墩破坏－31995年日本阪神大地震（神户段内高架桥）汶川地震桥墩破坏－1汶川地震桥墩破坏－2桥台破坏斜拉桥桥塔破坏悬索桥桥塔倾斜3.4基础的破坏扩大基础自身的震害很少发生，主要由于地质条件不良，而出现沉降、滑移和倾斜等；桩基础的破坏现象则时有发生，而且不易及早发现。地基液化1964年的新瀉地震中因为砂土液化倒塌台湾集集地震断层使桥墩基础破坏明石海峡大桥桥墩桥台震后位移情况RC桩基的破坏：头部开裂四、余震破坏的防止每当大地震发生后，余震活动还会持续一段时间，仍有发生较大级别地震的可能。汶川地震发生后，据四川地震台测定截止7月9日12时，汶川震区共发生余震16599次。其中4级以上195次、5级以上25次、6级以上5次，最大余震6.4级。在地震中有些桥梁可能还没有倒塌，但不同程度地受到损伤，极有可能在随后的余震中破坏，因而需要紧急加固，以免造成交通中断。汶川地震后的余震－1汶川地震后的余震－2阪神地震发生后日本道路公团立即组织抢修桥墩损坏的临时加固－1桥墩损坏的临时加固－2桥墩损坏的临时加固－3桥墩损坏的临时加固－4桥墩损坏的临时加固－5桥墩损坏的临时加固－6设立临时桥墩（第一部分完）五、桥梁抗震加固概述地震可能导致桥梁倒塌，造成交通中断，使救援和重建工作受阻。为了防止这种情况的发生，需要对已有的、抗震能力不足的桥梁结构进行加固或更换。哪些桥梁需要加固，可通过对桥梁风险性识别、评估它们的倒塌或严重震害的易损性以及启动降低这种风险的研究项目来实现。5.1需要加固桥梁的确定加固是减轻风险的最普遍的方法，然而，从加固的造价方面考虑，对一些桥梁放弃加固（全部或部分限制通行）或者更换为新结构更可取。另一个可能的选择是不采取任何加固措施并接受桥梁损坏的后果。可根据桥梁的重要性和结构易损性的详细评估结果，对桥梁是否加固、弃用、更换、或不采取任何措施进行决策。由于资源有限，因此，桥梁抗震加固应采用优先加固的原则，位于高地震危险性区域的重要桥梁应为最优先加固的桥梁。公路桥梁加固过程流程图两个地震动水平的抗震加固过程在地震动水平II下的加固流程5.2桥梁抗震加固的措施横隔梁的加固;能量耗散延性横撑;在简支梁桥中的纵向连接;支座更换;隔震支座;能量耗散装置;在梁支承处支座支承面的加宽和挡块;5.2桥梁抗震加固的措施（续）在梁支撑和连接铰处的减震装置；墩柱的更换；墩柱加固的混凝土壳、钢和纤维复合外壳；在排架中填充剪力墙；用预应力对盖梁补强；副梁（Supergirders）；在桥台后面设置锚板；土层锚杆和重力式锚杆；5.2桥梁抗震加固的措施（续）桥台剪力键；更换承台；承台加厚；增加桩的抗拔能力；补桩；针对横跨断层的连接；针对不稳定斜坡和液化的场地改良；振冲土柱和碎石桩。六、上部结构与支座加固桥梁上部结构必须能够在不影响梁体稳定性的前提下，将惯性力传递到下部结构中。还有几种上部结构的加固措施可以用于减小或重新分配下部结构的荷载，包括：使用特殊的耗能装置或隔震支座、减小上部结构的静荷载以及保证桥梁上部结构的连续性。桥梁的支座与支座垫石存在的抗震缺陷是最常见。这些缺陷有可能导致桥梁失去支承，甚至落梁、倒塌。其加固措施包括：约束装置、扩大支座垫石、加强支座以及更新支座。6.1桥面系与梁隔板的加强与加固钢梁桥延性端隔板钢梁桥隔板的加固混凝土梁隔板的加固－1混凝土梁隔板的加固－2简支梁改变为连续梁－1将原两跨及两跨以上简支梁的梁端连接起来，使受力体系由原来的简支转换为连续，减小跨中正弯矩，提高结构的承载能力，同时减小了伸缩缝数量，提高了行车舒适性。这种方法主要适用于多跨简支梁桥简支梁改变为连续梁－2混凝土箱形梁抗弯加固－1混凝土箱形梁抗弯加固－2混凝土箱形梁抗弯加固－3刚架拱桥的加固肋拱桥的加固6.2支座加固与更换由于支座的养护较难，因此,一般不会加固钢制摆动支座，而是采取更换支座的措施。但有些情况下加固也可能成为最佳选择，此时应重点加固最有可能破坏的支座构件。需要注意的是加固支座后，可能发生的破坏或屈服也许会转移至结构的其他部位——通常是桥墩。设计师应验证这个新部位的塑性变形可以接受，并有足够的强度和延性来满足桥梁性能。支座的加固支座底板与梁的连接加固提高锚板承载能力的加固方法通过钢套对支座进行加固支座的更换由于地震中容易损坏的支座，在日常维护过程中都存在问题，所以，在过去地震中性能比较差的支座，可采用更换的方式进行加固。但是，通常新支座的竖向尺寸要比原有支座小一些，所以，在更换过程中，需要弥补由此产生的高差。为此，可以采用一个钢基座或混凝土基座。若使用后者，可以在梁间设置一个较高的基座，从而提供一个横向剪力键，而竖向限位器可以固定在基座上。采用混凝土基座对支座进行置换整体顶升后更换支座支承水平加固130000330002725025030400100221000橋長130000330002725025030400100221000橋長钢支座换为橡胶支座更换为隔震支座采用隔震支座进行加固，在替换易损支座的同时可保护其它构件免受损坏。在美国，采用这种方法对150多座桥梁成功进行了加固。采用隔震支座可延长桥梁的基本振动周期，从而减小桥梁的地震反应。隔震支座可减少桥梁上部结构的加速度以及传递至下部结构的惯性力。但采用隔震支座会使桥梁上部结构与下部结构之间的相对位移增加。利用支座的耗能特性，可以将相对位移限制在可接受的范围内。铅芯橡胶隔震支座摩擦摆动隔震支座铅芯橡胶隔震支座实物摩擦摆动隔震支座Eradiquake隔震支座6.3加强上部结构与下部结构的连接钢管剪力键（锚栓）防止落梁的方法桥台支座支承面的拓宽套管延伸器设置连梁装置或限位器－1设置连梁装置或限位器－2缓冲材料限位装置（上部结构突出形式）锚固钢棒缓冲材料支座（b）挡块式（a）锚固钢棒式耗能型连梁装置示意图桥墩梁G铅高阻尼橡胶装置连接钢棒铅高阻尼橡胶装置详图梁防止落梁装置－拉杆（梁－梁）防止落梁装置－拉杆（梁－墩）有效支承宽度加宽墩帽设连梁装置钢绞线拉杆横向剪力键（挡块）纵向防震挡块七、下部结构加固除了对上部结构进行加固外，还应对桥梁下部结构进行加固。桥梁墩（柱）可采用不同加固措施来提高弯曲强度、剪切强度、弯曲延性；并且通过圆形或椭圆形钢套管约束混凝土或采用纤维复合材料缠绕混凝土来实现。桥梁下部结构抗震加固内容包括桥墩（柱）、盖梁和梁-柱节点等，