中小学校舍抗震加固的应用研究

中小学学校舍舍抗震震加固固的应应用研研究主要内内容绪论建筑结结构抗抗震加加固的的基本本原理理和方方法单跨建建筑结结构的的地震震响应应分析析单跨建建筑结结构抗抗震加加固技技术研研究多层建建筑结结构抗抗震加加固技技术研研究结论和和展望望研究的的目的的和意意义地震是是一种种破坏坏力极极大的的自然然灾害害，特特别是是地震震中建建筑物物的破破坏，，给人人们的的生命命和财财产带带来了了极大大的威威胁。。据统统计，，二十十世纪纪以来来，全全球共共发生生8级以上上的浅浅源地地震50多次，，直接接死于于地震震的人人数超超过100万。2008年8月1日颁布布实施施的《建筑工工程抗抗震设设防分分类标标准》GB50223-2008中规定定：““教育育建筑筑中，，幼儿儿园、、小学学、中中学的的教学学用房房及学学生宿宿舍和和食堂堂，抗抗震设设防类类别应应不低低于重重点设设防类类”。。2009年4月8号，中中华人人民共共和国国国务务院办办公厅厅发布布了《全国中中小学学校舍舍安全全工程程实施施方案案》，要求求全国国各级级政府府和各各个有有关部部门切切实履履行责责任，，重点点关注注中小小学校校舍的的安全全问题题。。绪论我国抗抗震加加固技技术的的发展展过程程绪论第一阶阶段从从1966年年邢台台地震震到1976年年唐山山地震震，是是抗震震鉴定定与加加固的的试点点起步步阶段段。第二阶阶段从1976年年至1989年年《建建筑抗抗震设设计规规范》》的正正式发发布是是，是是抗震震鉴定定与加加固蓬蓬勃发发展阶阶段。。第三阶阶段大大致为为《建建筑抗抗震设设计规规范》》开始始执行行至今今，是是抗震震鉴定定及加加固综综合发发展的的阶段段。本课题题研究究的主主要内内容和和技术术路线线绪论对建筑筑结构构震害害形式式和抗抗震加加固方方法进进行研研究设计单单跨结结构的的加固固模型型，进进行结结构固固有特特性和和地震震的时时程响响应分分析设计四四层校校舍结结构的的加固固模型型，进进行结结构固固有特特性和和地震震的时时程响响应分分析结构震震害特特征框架结结构框架柱柱顶部部易产产生水水平裂裂缝、、斜裂裂缝；；柱根根部易易产生生水平平裂缝缝，斜斜裂缝缝和竖竖向裂裂缝；；柱身身中段段水平平断裂裂框架梁梁梁端端易产产生斜斜裂缝缝和竖竖向裂裂缝框架节节点斜斜向裂裂缝框架板板板角角斜裂裂缝剪力墙墙交叉叉裂缝缝建筑结结构抗抗震加加固的的基本本原理理和方方法砌体结结构墙体开开裂，，墙体体交叉叉斜裂裂缝，，水平平裂缝缝，竖竖直裂裂缝房屋局局部倒倒塌，，倒塌塌部位位多集集中在在连接接处，，如房房屋墙墙角和和纵横横墙连连接处处房屋整整体倒倒塌，，底层层先倒倒，上上层随随着倒倒塌；；中中、上上层先先倒，，砸塌塌底层层；；上、、下层层同时时散碎碎倒塌塌结构抗抗震加加固原原理和和方法法增设剪剪力墙墙加固固法提高结结构抗抗震能能力和和减小小结构构扭转转效应应的有有效方方法。。增大截截面加加固法法通过提提高结结构构构件的的刚度度、强强度、、稳定定性和和抗裂裂性来来达到到加固固的目目的粘贴纤纤维材材料加加固法法通过纤纤维材材料和和原结结构的的协同同工作作来达达到抗抗震加加固的的目的的。建筑结结构抗抗震加加固的的基本本原理理和方方法四层框框架建建筑结结构的的地震震响应应分析析层高：：3.8m，进深深：7.5m，走廊廊宽度度：2.6m，开间间宽度度：8m，楼梯梯间宽宽度：：4m，主体体框架架梁和和框架架柱的的截面面尺寸寸均：：600mm×600mm，中间间横梁梁截面面尺寸寸：500mm××600mm，楼楼板板厚厚：：200mm。混混凝凝土土强强度度等等级级主主体体结结构构为为C25；所所用用钢钢筋筋主主筋筋均均为为HRB335级钢钢筋筋，，箍箍筋筋均均为为HPB235级钢钢筋筋，，楼楼板板的的配配筋筋率率为为0.6%。框框架架柱柱的的纵纵筋筋配配筋筋率率为为1.11%，配配箍箍率率为为0.36%，框框架架梁梁的的纵纵筋筋配配筋筋率率为为1.51%，配配箍箍率率为为0.56%。四层层框框架架建建筑筑结结构构的的地地震震响响应应分分析析四层层框框架架校校舍舍等等效效应应变变云云图图多遇遇地地震震X向多遇遇地地震震Y向设防防烈烈度度Y向罕遇遇地地震震Y向设防防烈烈度度X向罕遇遇地地震震X向四层层框框架架建建筑筑结结构构的的地地震震响响应应分分析析设防防烈烈度度X向设防防烈烈度度Y向罕遇遇地地震震X向罕遇遇地地震震Y向结构构裂裂缝缝图图多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱无无柱底、柱端，二层柱底、柱端二层柱底、柱端四层柱底、柱端，三层短轴框架梁无无梁柱交点，二层无梁柱交点梁柱交点长轴框架梁无无无梁柱交点一层梁柱交点一层梁柱交点，二层框架板无无无无板角点二层板角点加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱15.3%8.4%4.2%1框架梁18.5%12.7%9.2%1剪力墙18.4%10%6%单跨跨框框架架结结构构剪剪力力墙墙加加固固剪力力墙墙加加固固方方案案结构构加加固固前前后后最最大大等等效效应应力力比比较较结结果果结构构加加固固前前后后最最大大等等效效应应变变比比较较结结果果加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱3.7%2.1%0.7%1框架梁14.0%10.0%6.8%1剪力墙4%2.2%1.2%四层层框框架架结结构构剪剪力力墙墙加加固固剪力力墙墙宽宽度度为为结结构构进进深深的的七七分分之之三三，，厚厚度度为为200mm，每每层层增增加加6面剪剪力力墙墙，，共共增增加加24面。。所所用用钢钢筋筋强强度度等等级级均均为为HRB335，钢钢筋筋配配筋筋率率为为0.6%。四层层框框架架结结构构剪剪力力墙墙加加固固多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱121.0%103.3%72.7%16.9%14.8%39.1%短轴框架梁117.5%108.4%44.8%14.5%11.3%37.9%长轴框架梁165.0%110.4%64.4%54.9%53.8%63.4%框架板133.8%111.1%50.4%30.2%11.1%58.1%结构构加加固固前前后后最最大大等等效效应应力力比比较较结结果果结构构加加固固前前后后最最大大等等效效应应变变比比较较结结果果多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱134.3%103.2%68.2%32.0%25.3%45.1%短轴框架梁113.2%108.9%45.1%15.5%9.4%27.5%长轴框架梁153.1%109.6%57.0%48.8%40.7%76.3%框架板119.6%110.7%44.5%31.1%13.8%57.6%四层层框框架架结结构构剪剪力力墙墙加加固固设防防烈烈度度Y向罕遇遇地地震震Y向罕遇遇地地震震X向结构构裂裂缝缝图图多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱无无无柱底、柱端，二层柱底、柱端，三层柱底、柱端短轴框架梁无无无无无梁端，一处长轴框架梁无无无梁端，一层无梁端，二层框架板无无无无无板角点，一层单跨跨框框架架结结构构增增大大截截面面加加固固增大大截截面面加加固固方方案案加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱43%66.5%49.8%1框架梁116.9%128.2%83.8%1新增柱截面73.8%90.5%51.1%加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱8.7%77.9%8.8%1框架梁95.3%107.3%77.1%1新增柱截面12.4%82.9%13.2%结构构加加固固前前后后最最大大等等效效应应力力比比较较结结果果结构构加加固固前前后后最最大大等等效效应应变变比比较较结结果果四层层框框架架结结构构增增大大截截面面加加固固柱截面积增增大为700mm×700mm。加固所采采用的混凝凝土强度等等级为C30。主筋均为为HRB335级钢筋，箍箍筋均为HPB235级钢筋，其其中纵筋配配筋率为1.5%，配箍率为为0.4%四层框架结结构增大截截面加固多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱113.3%76.0%40.2%59.9%61.8%54.7%短轴框架梁153.9%105.1%32.1%89.4%102.1%100.7%长轴框架梁144.4%93.9%33.1%72.1%132.9%79.1%框架板159.1%106.3%34.1%88.6%110.9%89.1%结构加固前前后最大等等效应力比比较结果结构加固前前后最大等等效应变比比较结果多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱111.8%73.3%33.1%58.1%197.2%37.1%短轴框架梁152.1%104.5%34.1%89.4%211.6%91.1%长轴框架梁157.9%96.4%34.4%65.9%179.8%45.4%框架板160.2%101.9%34.2%86.5%190.6%81.3%四层框架结结构增大截截面加固多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱无无柱底，一层柱底、柱端，二层柱底、柱端，四层四处短轴框架梁无无梁端，二层无梁端，三层无长轴框架梁无无无梁端，二层二处梁端，二层框架板无无无无板角点，二层板角点，二层设防烈度X向设防烈度Y向罕遇地震X向罕遇地震Y向结构裂缝图图单跨框架结结构粘贴碳碳纤维加固固粘贴碳纤维维加固方案案加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱6.6%5.9%5.8%1框架梁50.5%44.7%44.4%1碳纤维布10.75%10.75%10.6%加固方案1加固方案2加固方案3未加固框架柱37.9%33.9%33.5%1框架梁57.1%53%52.7%1碳纤维布301.8%272.4%268.8%结构加固前前后最大等等效应力比比较结果结构加固前前后最大等等效应变比比较结果四层框架结结构粘贴碳碳纤维加固固框架柱两端端，粘贴总总面积为柱柱面积的五分之二，对框架结结点粘贴碳碳纤维布，，粘贴长度度为梁长度度的七分之一，楼梯间粘粘贴长度为为梁长度的的四分之一。结构加固前前后最大等等效应力比比较结果多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱102.6%100.8%90.9%98.7%60.5%111.4%短轴框架梁102.7%100.6%68.0%106.0%40.8%101.4%长轴框架梁101.4%99.1%65.6%95.8%69.4%121.5%框架板103.0%100.6%79.0%112.8%27.9%117.5%结构加固前前后最大等等效应变比比较结果多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱102.0%100.3%193.9%175.0%65.3%93.0%短轴框架梁102.8%100.9%77.6%108.9%52.6%102.5%长轴框架梁103.1%99.2%68.6%99.9%62.5%112.6%框架板103.2%101.0%70.6%112.5%49.5%100%四层框架结结构粘贴碳碳纤维加固固四层框架结结构粘贴碳碳纤维加固固设防烈度Y向设防烈度X向罕遇地震X向罕遇地震Y向结构裂缝图图多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向框架柱无无柱底、柱端，二层柱底、柱端，二层柱底、柱端，三层柱端，三层短轴框架梁无无梁端，二层无梁端，三层二处长轴框架梁无无无梁端，一层三处梁端，二层框架板无无无无板角点，二层板角点，二层加固前后结结构层间位位移分析多遇地震设防烈度罕遇地震框架校舍加加固前后各各层相对位位移多遇地震下下，粘贴碳碳纤维布结结构的加固固效果最好好，两个水水平方向的的层间位移移都是四种种结构下最最小的；设设防烈度地地震下，粘粘贴碳纤维维布结构的的层间位移移较其他两两种加固结结构要大，，但在水平平X方向地震下下仍起到了了很好的抗抗震效果；；罕遇地震震下，增设设剪力墙结结构的加固固效果最好好，两个水水平方向的的层间位移移都是四种种结构下最最小的。四层砌体建建筑结构的的地震响应应分析层高：3.8m；进深：7.5m；走廊宽度度：2.6m；教室开间间宽度：8m；楼梯间宽宽度：4m；构造柱和和主体圈梁梁的截面尺尺寸均为300mm×300mm，每间教室室另配两根根横梁，横横梁尺寸为为250mm×300mm，砌体墙厚厚：300mm，每间教室室配两扇门门，尺寸为为2000mm×1000mm，四扇窗户户，尺寸为为1500mm×1500mm。构造柱和和圈梁的混混凝土强度度等级为C25，主筋均为为HRB335级钢筋，箍箍筋为HPB235级钢筋，砌砌体墙主要要由MU10标砖和M5混合砂浆构构成四层砌体建建筑结构的的地震响应应分析多遇地震X向多遇地震Y向设防烈度Y向设防烈度X向罕遇地震X向罕遇地震Y向四层砌体校校舍等效应应变云图四层砌体建建筑结构的的地震响应应分析多遇地震Y向罕遇地震Y向罕遇地震X向设防烈度X向设防烈度Y向多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向构造柱无无柱底柱底边柱全，柱底一层柱底、交点，三层短轴圈梁无无无无无无长轴圈梁无无无无无无结构板无无无无无无砌体墙无开口、一层墙底、开口、二层墙底、开口，四层墙底、后墙，二层墙底、开口四层结构裂缝图图单跨砌体结结构粘贴碳碳纤维加固固粘贴碳纤维维加固方案案本文研究中中所采用台台湾重亿L300-C型碳纤维布布，在建模模时选用了了没有抗弯弯刚度的SHELL41膜结构单元元。单跨砌体结结构粘贴碳碳纤维加固固加固方案1加固方案2加固方案3加固方案4加固方案5加固方案6构造柱56.0%55.2%61.7%67.8%66.4%58.7%圈梁120.7%122.0%120.6%116.9%116.7%120.2%砌体墙54.1%53.9%58.7%65.6%65.4%57.3%加固方案1加固方案2加固方案3加固方案4加固方案5加固方案6构造柱56.1%55.5%61.8%68.2%66.7%59.2%圈梁134.3%135.7%132.4%127.2%126.8%132.9%砌体墙53.9%54.1%58.4%65.5%65.6%57.2%结构加固前前后最大等等效应力比比较结果结构加固前前后最大等等效应变比比较结果四层砌体结结构粘贴碳碳纤维加固固结构侧墙交交叉方法粘粘贴碳纤维维布，粘贴贴宽度为1100mm，结构前后后墙开口四四周粘贴碳碳纤维布，，粘贴宽度度为500mm，结构楼梯梯间后墙整整面墙四周周粘贴碳纤纤维布，粘粘贴宽度为为1000mm。多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向构造柱97.5%95.0%127.0%133.3%73.9%160.3%短轴圈梁97.1%95.1%150.8%187.3%106.7%92.5%长轴圈梁98.3%97.5%116.8%152.6%93.7%81.1%结构板97.4%97.9%118.5%194.7%127.1%91.8%砌体墙96.7%91.5%88.9%85.0%65.9%65.9%四层砌体结结构粘贴碳碳纤维加固固多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向构造柱97.7%93.0%139.6%80.2%61.3%69.3%短轴圈梁95.8%95.9%172.1%217.4%101.1%77.6%长轴圈梁98.1%98.2%114.2%154.1%95.6%54.1%结构板94.8%98.1%143.2%219.7%116.2%100%砌体墙96.6%96.1%56.7%72.6%31.4%52.3%结构加固前前后最大等等效应力比比较结果结构加固前前后最大等等效应变比比较结果四层砌体结结构粘贴碳碳纤维加固固多遇地震设防烈度罕遇地震X向Y向X向Y向X向Y向构造柱无无边柱底无边柱，一层柱底，一层短轴圈梁无无无无无无长轴圈梁无无无无无无结构板无无无无无无砌体墙无无墙底、开口，一层墙底、开口，三层墙底、后墙，二层墙底、开口，三层设防烈度X向罕遇地震Y向罕遇地震X向设防烈度Y向结构裂缝图图加固前后结结构层间位位移分析多遇地震设防烈度罕遇地震多遇地震下下，原结构构最大位移移为结构第第二层，设设防烈度地地震下，原原结构最大大位移为结结构第三层层，罕遇地地震下，原原结构最大大位移为结结构第一层层。粘贴碳碳纤维布后后，结构最最大位移除除在设防烈烈度地震下下，都要小小于未加固固结构，说说明粘贴碳碳纤维布可可以起到很很好的抗震震加固效果果，对于设设防烈度地