某大型工业厂房结构加固设计研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 某大型工业厂房结构加固设计研究 摘要本文简要介绍了地震灾区大 跨度工业厂房震害状况、受损机理及采 用碳纤维布加固技术对该厂房进行的抗 震加固设计与研究。通过对厂房结构在 地震波作用下的计算分析，得到受损机 理及原结构设计不足之处，以此为依据 对结构进行碳纤维布加固，并对加固后 的结构再次进行动力时程计算分析验证 了加固方案可行性，本文可对同类工程 加固设计提供一定的技术参考。 中国论文网 /2/view-12907998.htm 关键词大跨度结构工业厂房加固 有限元受损 中图分类号: TU318 1.引言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 地震作为一种严重的自然灾害， 每一次的发生都伴随着构筑物和建筑物 的破坏与倒塌，造成人民生命财产的巨 大损失。经大量震害调查分析表明，经 过抗震加固的工程在地震中受损较轻， 证明了抗震加固是改善提高既有建筑抗 震能力的有效措施。大型工业设施因其 特殊的使用功能，往往具有较大的空间 和体量。在役结构的安全性鉴定及加固 方法大都把注意力集中到单个构件，反 而忽略了结构的整体性能,4本文以某 水泥厂长房加固设计为例，注重加固对 结构体系整体的影响分析，所选取的加 固方法和理念为类似工程的加固设计提 供参考。 该大跨度厂房由长 130 米、宽 65 米的巨型椭圆田径场状的形体构成，上 部结构采用球节点连接的钢管网架结构， 下部结构为钢筋混凝土承重墙体。上部 钢架通过螺栓球节点与下方的承重墙上 部预埋钢板相连接。承重墙钢筋采用 HRB335，混凝土采用 C25。地基为粉 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 质粘土层，地基承载力标准值 Fk=180KPa，,超挖部分用 C10 混凝土回 填到设计标高。基桩采用 ZG350A 型桩， 桩端桩进入持力层为中密含粉质粘土卵 石层，桩端极限承载力标准值 4800 KPa，单桩承载力设计值 300KN，桩进 入持力层深度 1.5d，桩顶钢筋伸入承台 30d，建筑物抗震设防烈度为 7 度，抗 震等级为三级。 2.震害概况及分析 经现场检测鉴定表明：（1） 该 厂房的结构布置、材料选择、施工质量 符合设计要求；（2）破坏主要集中在 下部承重墙体，墙体出现较多贯通的竖 向裂缝，尤其在结构直曲转折处，及两 侧圆弧段中段处最为严重，最大裂缝达 8cm，钢筋和混凝土之间的粘结完全破 坏， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 钢筋暴露且大多数裂缝都位于支 撑钢板的下部。该结构上部钢架部分与 桩基部分经检测仅有个别杆件轻微损坏。 （3）承重墙体与上部钢架连接部位的 预埋板与预埋钢筋锈蚀较为严重，这造 成了给部位的钢筋与混凝土的粘结不良。 3.原结构地震反应分析 为了对原结构的地震破坏进行分 析，首先对该厂房结构进行了地震作用 下的计算和分析。由于此结构体系结构 复杂并且体型又较庞大，在保证计算模 型与现有结构受力特性一致的基础上进 行简化，选用三维实体单元进行混凝土 结构的模拟，上部网架结构采用荷载的 形式施加于承重墙体之上，然后选用实 测地震波，进行了结构的动力时程分析。 分析结果表明，建立的模型及采 用的计算方法基本符合实际，计算应力 应变较大处与结构实际破坏部位相一致； 对计算结果分析可知，该厂房在汶川地 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 震作用下承重结构发生破坏，结构最大 主应力出现在 0.44 秒，应力集中部位位 于圆弧段中点处和圆弧段与直线段的交 界处，竖直方向位于承重墙体中部略下， 其值为 2.2Mpa。破坏过程是由墙体内 侧支座下部最先受拉破坏，在结构支座 下部出现纵向裂缝，然后随着水平及竖 直方向的地震动的继续，竖向裂缝逐渐 增大被拉开，最终出现上节所述震害状 况。 对结构计算结构进行分析可知， 结构的裂缝主要是由环向拉应力引起， 环向应力较大一是因为原结构没有设置 足够的抗震构造设施；二是结构环向钢 筋配置较少在墙体内外侧仅有两根 10 钢筋，且都集中于结构地平略上部分， 对与上部结构连接处环向应力的抵抗能 力较弱。 4.加固设计方案 基于该结构病害检测分析，结合 结构的有限元分析计算，在按照改善结 构受力性能、减小施工难度、控制工程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 造价的原则，首先对结构的纵向裂缝低 压灌注灌缝胶，对产生的损伤与缺陷进 行维修与补强，增强结构受力的整体性 和耐久性，防止混凝土材料进一步劣化， 然后采取粘结碳纤维布的方法提高损伤 墙体的承载能力，满足结构体系抗震要 求。 4.1 混凝土裂缝的处理1,2 （1） 裂缝处理：用角磨机打磨 清除裂缝表面杂物、浮浆等，先在裂缝 表面凿 V 形槽，槽宽 5cm10cm 然后利 用钢丝刷及压缩空气将混凝土碎屑粉尘 清除干净，再利用高压水对冲洗裂缝， 最后再用气泵或小型空压机吹干净，吹 干燥。 （2） 埋设注浆嘴：根据实测的 裂缝宽度及裂缝分布情况，设置注浆嘴 间距，纵横交叉处均有设置，每条缝上 均有注浆、排气、出浆的注浆嘴。注浆 嘴采用埋入式注浆嘴，埋入后沿裂缝全 长用环氧胶泥固定。 （3） 封缝：注浆嘴固定后将裂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 缝表面用环氧胶泥进行封闭。宽度填塞 满沟槽，并在表面加宽 1-2cm。 （4） 压气试漏：待环氧胶泥具 一定强度后（常温季节约需 3h） ，进行 压气试漏和通畅情况检查。试漏时气压 为 0.2-0.4MPa 在封口及注浆嘴四周涂肥 皂水，如出现泡沫表示漏气，这时可采 用促凝灰浆修补密封。 （5） 压浆：压气试漏检查合格 后）即开始进行压浆。压浆前将所有注 浆嘴上阀门打开，用压缩空气将孔道及 裂缝吹干净，达到无水、无尘状态。压 浆采用单孔压浆，在一条裂缝上按由浅 到深）由下到上）由一端到另，一端顺 序进行。压浆时将配好的浆液倒入罐内， 旋紧罐口，将活接头接在注浆嘴上，开 动空压机，使压力保持在 0.2-0.5MPa， 打开阀门，浆液即被压入缝中，经过 3- 6min，待浆液从邻近注浆嘴冒出后即关 闭阀门。如此顺序进行，为达到连续压 浆，施工时应另备适量不加固化剂的浆 液，随压浆加入固化剂乙二胺，拌匀后 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 随时使用。 （6） 压浆结束：重复以上的操 作直到裂缝最上部灌胶嘴溢胶，待裂缝 胶液 18 小时固化后，可去掉灌胶嘴， 用砂轮机打磨裂缝表面。 （7） 养护：采取自然养护，在 常温 20-35 摄氏度下经 24 小时可硬化， 注浆嘴在浆液硬化 12 小时后拆下，继 续下一循环施工。裂缝处理完后，利用 抹面胶泥对表面进行封闭。 4.2 粘帖碳纤维布5,6 （1） 混凝土构件表面处理：将 混凝土表面的疏松、软质、脆裂、松脱 等缺陷清除达到表面坚实；露筋的锈块、 锈皮均须清除，必要时作防锈处理。将 混凝土表面的疏松、软质、脆裂、松脱 等缺陷清除达到表面坚实。 （2） 贴碳纤维片基层处理：对 混凝土残缺部分用高于原混凝土强度等 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 级的砂浆或混凝土修补平整。并将混凝 土表面的风化劣化层、浮浆、油污、泥 污、油质脱模剂等污物清除洁净。混凝 土表面的浆楞、模板段差均须打磨平整 形成平顺的斜面，直角或锐角处应打磨 成表面光滑的圆角，最后将打磨过的混 凝土表面存留的粉末清除干净，保持被 修补表面的彻底清洁。 （3） 涂底层界面剂：在处理好 的混凝土表面涂刷底涂环氧树脂涂料。 使底层树脂渗入到混凝土中，增加粘贴 的结合力。 （4） 构件表面的残缺修补：底 层涂料涂刷后将构件表面的小孔、内角 用环氧腻子修补平整。腻子涂刮后，表 面仍存在的凹凸糙纹，再用砂纸打磨平 整。 （5） 贴碳纤维片：在处理好的 混凝土表面先涂刷环氧树脂，然后将预 先裁剪好的碳纤维片粘贴在混凝土表面。 碳纤维片粘贴后再在其表面涂刷一层粘 结树脂。贴片工序操作的技术性很强， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 有严格的操作规程和质量控制标准，以 确保粘贴的质量。注意在粘帖过程中搭 接多层错开，最小搭接长度为 100mm。 （6） 养护：碳纤维片粘贴后， 通常在自然条件下养护一段时间，视温 度条件而定，以保证养护时间温度不低 于树脂的允许使用温度，养护胶液完全 固化。 （7） 涂装：修复补强作业 完成后，碳纤维片的表面涂刷各种性能 和不同颜色的涂装，增加补强的效果。 5.加固后结构地震反映分析 该厂房进行加固改造后抗震性能 得到显著改善，表现为： （1） 经过综合加固，结构受力 体系趋于合理，绝大多数节点受力远小 于结构抗力，通过提取危险截面得应力 数据可知，危险截面应力明显降低。本 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 文所采用的加固方法适用，加固后的结 构体系满足抗震设计要求。 （2）经加固后整个结构体系的 频率增大，如图 4 所示。通过碳纤维布 的加固使整个结构整体性能得到了提升， 通过提取加固前后危险截面中的危险点 的应力，与加固前时程分析所得数据进 行对比分析（见图 5）可知，经过加固 后结构体系抵抗环向应力的能力显著提 升，最大主拉应力的值降至 1.7Mpa， 应力集中现象得到缓解。 6.结论 本文结合汶川震后某受损厂房出 现的震害状况，对结构进行了抗震加固 设计并对其进行了多方位的抗震验算和 分析比较，得到以下几点结论： （1）类似在役工业厂房设施的 安全性鉴定过程中除了要对构件进行检 测分析外，还要注重结构整个体系的分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 析。通过动力计算分析得知，在地震作 用下该厂房环向拉应力较大，特别是在 承重墙体内侧中下部，建议在此后同类 厂房设计中增加环向钢筋的布置。 （2）本文对结构体系进行了汶 川地震波下的动力时程分析，应力分布 同实际破坏情况基本吻合，厂房在地震 后出现的支座下纵向裂缝是由于上部结 构荷载在地震波的作用下引起下部混凝 土承重墙体出现的主拉应力较大