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柱抗震加固

柱抗震加固

何为“柱”

在中国建筑中,有“横梁直柱”的说法,柱是建筑物中垂直的主结构件,承托在它上方物件的重量。鉴于柱的重要性,在地震中一旦受到侵害,其对整体结构的影响将不堪设想。今天,小悍就系统地谈一谈柱的抗震加固

▋ 地震对房屋结构的作用力

1.地基基础影响的破坏。房屋建筑物所在的地基土质、下卧岩层的结构与深度、基础的类型和深度以及地表地形特征,都对房屋建筑物的地震破坏有影响。当加速度较小时或地质坚实时,地表层或下垫层可能会先达到屈服点,岩石、土层将产生塑性变形,导致地基承载力下降甚至地基失效造成的破坏和强烈地震引起的振动导致基底土质液化引起房屋建筑物的下沉、倾斜和滑坡造成的破坏,在历次地震灾害中并不少见。   

2.竖向地震力导致的破坏。纵波使房屋建筑物产生上下颠簸,若房屋建筑物的竖向稳定性不是太好,而地震力较大时,会使底层柱子和墙体瞬间增加很大的动荷载,叠加上部的自重,当超出底层柱子和墙体的承载能力,底层墙柱会垮掉从而导致破坏。 

3.横向地震力导致的破坏。横波是房屋建筑物损坏水平摇摆,破坏力很大。它相当于给房屋建筑物施加水平方向来回反复的作用力,大小和引起的变形超出底部墙体和柱子的极限时,就会使整幢房屋建筑物倾斜或倾倒从而导致破坏。  

4.旋转地震力导致的破坏。各种原因引起的旋转地震力,导致房屋建筑物围绕水平轴或竖向轴扭转,这种扭转力对房屋建筑物的影响很大,因为房屋建筑物一般抗扭能力较差,很容易扭坏。 

竖向地震力、横向地震力和旋转地震力在离震中较近的范围内,往往会交织作用,给房屋建筑物以毁灭性的破坏。

地震对柱呈现怎样的破坏形式?

1.角柱破坏

当房屋发生扭转时,角柱受剪最大。同时又因双向受弯,所以震害比内柱重。

2.短柱破坏

短柱刚度大,分配到的地震剪力也大,常发生剪切破坏。

3.柱端弯剪破坏

因柱端弯矩、剪力、轴力都较大。

4.柱身剪力破坏

由剪力、扭矩复合作用引起。

5. 梁柱节点破坏

因箍筋不足,在剪压作用下节点区破坏。


 “强柱弱梁”概念

《建筑抗震设计规范》要求强柱弱梁,更强的节点。意思就是,建筑物的柱子要比梁做的坚固,梁柱节点要更坚固。

这是为什么?

在强烈地震作用下,梁柱节点往往是多层框架破坏的主要部位。地震中节点的破坏多为柱端混凝土被压碎、剥落,钢筋压屈外鼓,破坏首先发生在柱子上。这对整个框架很不利,因为某层某一柱端发生破坏,其他柱端也容易发生破坏,从而使建筑物倒塌。

反之,如果破坏发生在梁端,要待所有的梁或绝大部分的梁出现破坏时,整个建筑物才会倒塌。所以,在设计上有意加强柱子的抗震能力,在地震作用下形成“梁铰型”破坏机制。

但在汶川地震中,框架柱的破坏明显重于梁,柱端与节点的破坏较为突出,即所谓的“强梁弱柱”结构很普遍。

哪一种加固方法适合柱抗震加固?

柱抗震加固方法很多种,碳纤维布是近年来被使用最多的加固新材料之一,其对钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固十分有效。当对柱粘贴碳纤维布抗震加固时,应当满足以下几点:

当柱轴心受压的正截面承载力不足时,可采用环向围束法对齐进行加固,即就是沿柱全长进行无间隔地环向连续粘贴碳纤维布来对其进行加固;

当柱斜截面受剪承载力不足时,可将碳纤维布粘贴成环型箍,且纤维方向与柱的纵轴线垂直;当加固大偏心受压的钢筋混凝土柱时,应将碳纤维布粘贴于构件受拉区边缘混凝土表面,且纤维方向应与柱的纵轴线方向一致。

当对延性不足的柱进行抗震加固时,可采用环向粘贴碳纤维布构成的环向围束作为附加箍筋。环向围束的碳纤维布层数,对圆形截面不应少于2层,对正方形和矩形截面柱不应少于3层;环向围束上下层之间的搭接宽度不应小于50mm,环向截断点的延伸长度不应小于200mm,且各条带搭接位置应相互错开。

碳纤维布抗震加固柱子效果极佳,但应选择优良的碳布碳胶材料,注意粘贴的方式方法,否则就达不到真正意义上的抗震加固。

 



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