PKPM软件在外加板墙和墙体粘钢对砖砌体房屋抗震性能中的应用

王思敏,于兆源,孙澜曦,史 欣

（北方工业大学土木工程学院，北京,100144）

PKPM软件在外加板墙和墙体粘钢对砖砌体房屋抗震性能中的应用

王思敏,于兆源,孙澜曦,史 欣

（北方工业大学土木工程学院，北京,100144）

采用外加板墙和墙体粘钢两种方式对普通砖砌体房屋进行加固，通过对动力特性试验和抗震性能进行仿真试验的研究，总结归纳外加板墙和墙体粘钢两种加固方式下对结构抗震性能的影响。对砖砌体房屋进行加固后，砖砌体房屋砖墙的局部变形得到改善，加固效果显著。

砖砌体房屋；抗震性能；板墙；粘钢

0 引言

我国现存大量建造于上世纪六七十年代的砖砌体房屋，这些房屋大都没有进行合理抗震设计，不满足现行规范的抗震设防，难以抵御强烈地震的袭击，面对现如今频繁发生的地震，我们的房屋被毁数量在多不在少，很少有房屋在面临地震的摧残下长久屹立不倒，由此也造成了严重的经济损失和人员伤亡。近年来，全国各地的砖砌体房屋大都进行了加固，加固的方式不一，但主要以外套加固法和增设梁柱法为主。本文主要总结归纳了外加板墙和墙体粘钢两种加固方式下对普通砖砌体结构抗震性能的影响。

1 外加板墙加固式

钢筋混凝土板墙加固砌体房屋是抗震加固措施之一。顾名思义，这种在砌体一侧或者两侧增设混凝土组合层的加固方式，使墙体在平面内外的抗弯强度以及抗剪强度都得到了大幅度的提升，非常适用于增幅较大的抗震加固。由于砌体结构脆性大，其变形能力差，在高强度的地震作用下极易开裂，从而影响到了墙体整体的强度，造成其支撑能力减弱。进一步再讲，如果房屋下部开裂错位，势必会造成上部结构不稳，这对于较高的砌体房屋危害更大。而外加板墙这一加固方式，可以减缓砌体本身特点带来的危害。在墙体错位开裂的情况下，双侧的外加板墙把由于地震作用造成错位的幅度降到最低，使墙体整体的强度不至于受到大的威胁。但是近年来国内外学者对于砌体结构加固技术的研究主要集中于碳纤维布加固砌体结构、高强钢绞线聚合物砂浆加固砌体以及钢筋网水泥砂浆加固砌体等新型加固材料的应用及新型加固技术方面。汇总如下：

1.1 混凝土板墙加固。混凝土板墙加固砖砌体是一种传统而有效的加固技术，早期的研究肯定了混凝土板墙加固对于砌体墙片抗剪承载力的增强作用，近年来有学者在自密实混凝土板墙加固低强度砂浆砖砌体的试验中，通过 6 个墙片的全尺寸试验，研究了在竖向压力、单双面加固、配筋形式等参数影响下，自密实混凝土板墙加固低强度砂浆砖砌体的抗剪性能。通过试验发现，低强度砖砌体经自密实混凝土板墙加固后，抗剪强度和抗侧刚度都有很大的提高，加固后墙体具有良好的延性，滞回耗能能力增强，砖砌体的抗震性能有了很大提高。

1.2 碳纤维布加固。碳纤维布加固砌体结构是一种新型加固方法，近年来有众多机构学者对碳纤维加固技术进行研究，其中清华大学的叶列平教授带领的课题组进行了比较系统的研究，他们通过碳纤维布加固砖砌体在水平周期反复荷载试验的基础上，分析了碳纤维布加固砖砌体的约束和抗倒塌机理;通过对不同阶段的受力性能等问题的研究，建立了碳纤维应变与墙体侧向位移及墙体抗震剪切强度之间的关系;通过分析横向、竖向、斜向不同角度粘贴碳纤维试验结果，研究了不同粘贴角度、粘贴面积百分比对墙体承载能力和变形能力的影响，提出了碳纤维加固墙体承载能力和变形能力的计算方法，最后提出在不同加固目标下，碳纤维最优粘贴角度及改进的加固方法。同时，在不同砂浆强度和高宽比的两批构件试验中，验证了碳纤维加固砖砌体墙能有效提高抗裂性能及受剪承载力。

1.3 高强钢绞线 － 聚合物砂浆加固。高强钢绞线 － 聚合物砂浆加固技术也是一种新型的加固技术，有众多的机构学者参与其研究，并取得了不少成果。其中，中国建筑科学研究院工程抗震研究所王亚勇研究员、姚秋来研究员所在的课题组对高强钢绞线 － 聚合物砂浆加固砖砌体进行了系统的研究。通过研究得出，高强钢绞线 － 聚合物砂浆加固砖砌体能有效地提高墙体的极限承载力，能大大改善墙体的延性，并有效阻止刚度退化，提高墙体的能量消耗能力，从而提高了墙体的抗震性能。最后提出了高强钢绞线 － 聚合物砂浆加固墙体的抗剪承载力计算公式 。其理论分析和试验研究为抗震加固技术规程的制定和实际工程提供了有力的支持。

2 墙体粘钢加固式

墙体粘钢加固的原理是利用结构胶所具有的抗剪切能力，将构件所受到的部分荷载传递给与构件粘结在一起的钢板上，这样就形成了粘结在构件上的钢板和原有的构件一起承受外部所施加的荷载作用。

在砖混结构中，其竖向承重构件都是由砖或者是砌块砌筑而成，因此在砖混结构的建筑中，其大部分是砖墙承重结构。砖混结构的建筑有房间的使用面积小，开间的进深较小，建筑层数少，抗剪切能力较差等特点。一般对于80年代左右的建筑进行加固的时候，起初大都选择设置圈梁和构造柱来提高砖混结构类建筑的结构强度和刚度，后来继而出现了粘钢技术来提高建筑物的强度。仅将二者进行比较，会发现粘钢具有很大的优势。它在能满足设计强度刚度等级的要求下，施工工艺简单，在现场操作方便并且无需大型机械设备参与施工；粘钢所达到的预期效果更好，用高强度钢板加固后可以使建筑的结构强度和刚度大幅度提升；施工的工期短，对人类正常的生产生活影响小；达到同样的结构强度所需的钢板质量远小于所需的钢筋混凝土的质量，不会产生较大的自重来增加建筑物基础的压力；结构层的厚度小，不会很大的影响到房屋的使用面积和整体布局。

在粘钢技术中需要注意的是在粘钢之前的准备工作。先对需要加固的构件进行处理，有裂缝的地方需要用适当的材料将裂缝进行封闭处理；加固前在混凝土结合面一侧进行打磨处理，需根据混凝土老化程度决定打磨深度，打磨后需露出整平的新面，在钢板结合面一侧进行除锈和粗糙处理；涂粘结剂时做到中间厚边缘薄；粘好钢板后用手锤轻轻地敲击钢板，避免空鼓出现，若出现则需重新粘结。

在徐震编写的《粘钢加固工程施工方法》中，提到了粘钢经常用于施工房屋加固的用途特性，而单纯的砖砌体房屋，是靠砖，砂浆，水泥等相粘结，房屋整体强度稳定性一般，在抵御抗震性能方面，抗震性较差，而使用墙体粘钢加固的砖砌体房屋，在抗震方面强化了很多，提高了结构整体强度，使它可以更加完善对于抵抗弯矩，剪力和拉力等外力的破坏因素。而且从李金生所编写的《浅析房建工程中的粘钢加固技术》中也可以论述这点，他的文章便是提到了粘钢使用的简易性和整体稳定性。对于砖砌体房屋而言，使用某些加固技术会增加内部荷载，但是使用墙体粘钢技术，不会增加额外荷载，而外加板墙加固会增加荷载，粘钢也会增加原有结构的稳定性，而且也会增加原有结构的抗开裂性，从简易性上看，它的制造周期相对较短和节约成本，因为不需要更改原有砖砌体房屋结构。张继红编写的《浅谈粘钢技术在抗震加固中的应用》中，再一次论证了墙体粘钢对于砖砌体房屋加固的重要性，5.12的汶川地震证明了单独的砖砌体结构不足以抵抗地震，而工程师在灾后修复时，有一部分砖砌体采用了墙体粘钢技术，说明了这种技术的普遍被认可性和稳定性。综上所述，墙体粘钢可使砖砌体房屋增加抗震性，抗拉性，抗剪性，和增强稳定性，节省时间，成本，人力等特性。

3 结论

通过总结归纳外加板墙和墙体粘钢两种加固方式下对结构抗震性能的影响，外加板墙的几种加固方式和墙体粘钢从不同方面对砖砌体结构进行了不同程度的加固。

[1]李春香.砖砌体钢筋仝板墙加固法应用[J].科学之友，2010（23）：2-3.

[2]康艳博，巩正光，宋红，等.混凝土板墙加固砖墙抗震性能综述[J].工程抗震与加固改造，2010，32（4）:80-85.

[3]徐震.粘钢加固工程施工方法[J].山西建筑，2012,38(1):104-105.

[4]李金生.浅析房建工程中的粘钢加固技术[J].建筑工程技术与设计，2014(16).

[5]张继红.浅谈粘钢技术在抗震加固中的应用[J].山西建筑，2009, 35(14):56-58.

王思敏，1995，女，山东烟台，在读学生，研究方向：结构抗震

2.3 具体试验分析。在对110kV及以上GIS设备进行检修试验分析过程中，需要对参与试验的设备及相关参数信息进行把握。本文研究GIS设备主回路绝缘检修试验时，选择的主设备为串联型谐振电抗器，其他设备为5000V兆欧表。电抗器电压为200kV，电容分压器的额定电压值为200kV，变频电源的频率范围在30-300Hz。在进行GIS设备主回路绝缘检修试验过程中，首先需要对试验设备进行组装，并对隔离开关合闸、接地分闸、GT短路节点情况进行检查；其次，利用5000V兆欧表对绝缘电阻进行测试，并保持GIS设备处于接地状态；再次，根据GIS设备试验规则，对GIS设备进行变频耐压试验；最后，耐压试验过程中，对GIS设备的局部放电情况进行监测，并对相关数据信息进行统计。GIS设备主回路绝缘检修试验过程中，需要将UHF传感器放置在GIS设备的绝缘子上，并且考虑到试验过程中可能出现电压过高的情况，需要对传感器利用屏蔽布进行包裹，保证GIS检修试验能够顺利的进行。

3 结论

在对110kV及以上GIS设备检修试验过程中，要注重对GIS设备的特征进行把握，保证在检修过程中，能够具有较强的针对性，从而对GIS设备的性能进行较好的把握。在试验过程中，需要保证GIS设备和试验人员的安全性，做好充分的准确。同时，在对GIS设备试验过程中，要对GIS设备试验原理进行把握，并对具体的试验步骤以及相关数据信息进行有效地监测，以保证GIS设备检测试验取得较好的效果。

参考文献

[1]梁劭华,金向朝. 基于110kV及以上GIS设备检修试验[J].科技与企业,2011,12:92+94.

[2]傅慈英,卓军达,张振荣. 110kV及以上GIS变配电设备现场交流耐压试验方法[J]. 安装,2010,08:43-44.

[3]王冬. 110kV GIS设备现场交接试验的问题研究[J]. 科技与企业,2014,03:276.

Application of PKPM Software in External Wall on Seismic Performance of Brick Masonry Building

Wang Simin,Yu Zhaoyuan,Sun Lanxi,Shi Xin
（1.School of Civil Engineering North China University of Technology，Beijing,100144）

Through the study of dynamic characteristic test and seismic performance test,it is concluded that two kinds of reinforcement methods,external wall and steel plate,are effective to the structure Seismic performance.After the brick masonry house is strengthened,the local deformation of the brick wall of brick masonry house is improved,and the reinforcement effect is remarkable.

Brick Masonry Building;Seismic Performance;external wall;steel plate

致谢:本项目由北京市大学生科学研究与创业行动计划“砖砌体房屋加固性能研究”资助，特此感谢。