混凝土结构薄弱环节分析与抗震加固方式研究

崔 炫

(商洛学院，陕西 商洛 726000)



混凝土结构薄弱环节分析与抗震加固方式研究

崔 炫

(商洛学院，陕西 商洛 726000)

分析了混凝土结构单元在不同地震作用下的受力状态，介绍了混凝土结构薄弱单元的判定方法，并在此基础上阐述了混凝土结构薄弱环节的抗震加固措施，从而提高混凝土结构的抗震性能。

混凝土结构，薄弱环节，抗震加固，受力状态

1 混凝土结构薄弱环节分析

1.1 结构单元在不同地震作用下的受力状态

1)弹性力。混凝土是由多种原材料按照一定的比例拌制而成的非匀质性复合材料，在地震荷载的作用下，其受力状态较为复杂。为便于研究，采用单元内力与位移关系进行分析，如图1所示。

当混凝土结构受到的荷载作用力较小时，单元处于弹性状态，这种状态与图1中的OA段相对应，当外界荷载增大之后，单元会从原本的弹性状态逐步转变为弹塑性状态，并在出现塑性铰后中止，也就是图1中的B点，该点的承载力等同于QB，即单元的极限承载力，而与QB相对应的变形为图1中的ΔB。当ΔB出现之后，整个单元会转变为完全塑性状态，而变形达到极限之后，即图1中C点出现时，单元会随之破坏。相关研究结果显示，当混凝土结构发生开裂之后，其本身所承受的拉应力会从开裂的位置处被释放，在这一前提下，混凝土中钢筋的拉应力则会突增，其荷载变形曲线会从原本的线性转变为非线性。在实际的分析过程中，取QA约为QB的70%～90%。假定受到剪切作用力破坏的混凝土结构单元QA=0.9QB；受弯屈服后剪切破坏的单元QA=0.7QB，根据极限抗弯承载力和极限抗剪承载力可计算出单元的极限承载力，在此基础上便可计算出单元的弹性极限承载力。

2)与弹塑性对应的地震加速度。由于梁柱墙等混凝土单元的受力状态较为复杂，当外部荷载增加或是受到地震作用时，弯矩或剪力都极有可能先达到弹性变形极限，混凝土单元的弯和剪存在相互影响的关系，无论谁先达到弹性极限，只要地震荷载作用力持续不断地增大，便有可能导致单元进入到塑性状态，这一观点已经通过大量的理论和实践进行证明。如果结构单元的弯矩达到弹性极限，那么便可得到式(1)：

MDL+AmeME=Me

(1)

其中，MDL为重力荷载代表值作用下单元的弯矩；ME为小震作用下的弯矩；Me为弹性极限弯矩,可取0.7My，My为结构单元的极限弯矩；Ame为结构单元弯矩达到弹性极限与之相对应的地震加速度的放大倍数。

3)地震加速度。表1给出了与不同地震类型相对应的地震加速度数值。

表1 不同建筑重要性对应的地震加速度

1.2 薄弱单元判断

对于地震荷载作用下发生破坏的混凝土结构单元全部可认定为薄弱单元，然而，有些单元虽然在地震荷载作用下并未破坏，但却进入了塑性状态，即接近破坏。鉴于地震动具有随机发生性和偶然性，因此很难确保所选的地震动参数与实际情况相符，为便于分析，本文中的地震动参数均是以反应谱法获取的，虽然通过这种方法可以获得相应的地震动参数，但其无法反映出地震发生时，峰值加速度脉冲的作用结果，也就是说，得到的地震动参数并不全面。为使分析结果更加准确，并尽量与实际情况相符，可将所有接近于破坏的单位全部认定为有可能发生破坏的单元，即抗震力小于其值的10%，可认定该单元为薄弱环节。

2 混凝土结构薄弱环节的抗震加固方式与方法

2.1 对需要加固的楼层进行科学确定

对于混凝土结构而言，各个楼层的抗震能力会受诸多方面因素的影响，其中主要因素包括：截面尺寸、配筋情况以及荷载承受能力等，所以使得各楼层的抗震能力存在一定差异。在基于强度与延性的抗震能力评估模式下，混凝土结构薄弱层的具体判定依据如下：即该楼层所能抵抗地震的加速度小于目标地震加速度，或不超过目标地震加速度的10%。在对混凝土结构的薄弱层进行抗震加固时，要先制定加固目标，即通过抗震加固，保证薄弱楼层具备抵抗目标地震加速度的能力，与目标地震加速度相比，实际可抵抗的地震加速度超过其10%。在发生地震时，不同楼层遭受破坏的程度不同。虽然某楼层并非属于薄弱楼层，但是该楼层中的所属单元遭受了破坏，所以必须对已经破坏的单元进行加固。但是这种加固方法不能提高薄弱楼层的抗震能力，只能使非薄弱楼层的抗震能力有所增强。

2.2 对加固单元进行合理选择

当确定结构单元为薄弱环节时，其在地震荷载的作用下将会出现不同程度的破坏，如果薄弱单元的数量较多时，必须有选择性地进行加固。对混凝土结构薄弱环节进行加固的目的是保证单元在地震时不发生破坏。依据国家现行的规范标准的要求，在地震发生时，允许部分结构单元出现破坏，但整体楼层必须具备抗震能力。在抗震加固中，如果对每个薄弱单元均进行加固处理，这种做法虽然会使薄弱单元以及整个薄弱楼层的抗震能力得到提升，但是由于建筑结构本身已经达到了抗震设防标准要求，所以会造成不必要的加固成本支出。同时，这种做法还会增加楼层荷载，对未加固处理的单元刚度分布造成一定程度影响。因此，在加固建筑结构的薄弱楼层时，只需要加固薄弱单元即可。

在地震作用下，建筑薄弱单元的破坏顺序是不同的，最先出现塑性铰的单元为抗震能力最差的单元，在该单元出现破坏后会加速其他单元的破坏，所以必须先对该单元进行抗震加固，保证其达到抗震要求。此外，在单元加固中，要先加固薄弱剪力墙，而后加固薄弱框架，从最弱的抗震能力单元进行加固，直至整个薄弱楼层达到抗震设防标准要求。

3 结语

在混凝土结构中不可避免地会存在一些薄弱环节，正常使用中，这些薄弱环节一般不会出现问题，但如果受到地震荷载作用，薄弱环节将会被严重破坏，由此会对结构的整体稳定性造成影响。为此，应当对混凝土结构的薄弱环节进行分析，并以此为依据，选择抗震加固方式，从而达到提高混凝土结构抗震性能的目的。

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On analysis of weak steps of concrete structures and seismic consolidation approaches

Cui Xuan

(ShangluoCollege,Shangluo726000,China)

The paper analyzes the stress status of the concrete structure unit under various seismic effects, introduces the judgment methods for the weak steps of the concrete structures, and illustrates the seismic consolidation of the weak parts, so as to improve the seismic performance of the concrete structure.

concrete structure, weak part, seismic consolidation, stress status

1009-6825(2017)13-0046-02

2017-02-26

崔 炫(1987- )，男，硕士，助教

TU375

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