土木工程抗震与加固作业指导书

土木工程抗震与加固作业指导书TOC\o"1-2"\h\u17225第1章绪论 4206021.1土木工程抗震概述 478501.2加固技术的意义与分类 4319411.3抗震与加固设计原则 419106第2章抗震设计基本原理 586852.1地震作用与抗震设防 5115432.1.1地震作用 575242.1.2抗震设防 521262.2结构动力学基础 51422.2.1单自由度系统 5264992.2.2多自由度系统 549872.2.3地震反应谱 5156802.3抗震设计规范与标准 616252.3.1抗震设计规范 6106282.3.2抗震设计标准 63984第3章地基与基础抗震设计 6199553.1地基抗震处理技术 6255103.1.1地基土的改善 622113.1.2地基加固技术 675183.2基础抗震设计方法 6292553.2.1混凝土基础设计 781103.2.2钢筋混凝土基础设计 789043.2.3隔震基础设计 721723.3地基与基础加固措施 760273.3.1地基加固措施 7169713.3.2基础加固措施 712530第4章混凝土结构抗震设计 7297544.1混凝土结构抗震功能 7104594.1.1混凝土结构特点 7191994.1.2抗震设计原则 8128434.2混凝土框架结构抗震设计 8109564.2.1结构布局 8127164.2.2抗震等级 864564.2.3构件设计 8170844.3混凝土剪力墙结构抗震设计 8265384.3.1结构特点 837494.3.2剪力墙布局 8107064.3.3抗震等级和构件设计 8295974.4混凝土结构加固技术 885024.4.1加固原因 883694.4.2加固方法 8199344.4.3加固设计 913871第5章钢结构抗震设计 955355.1钢结构抗震功能 9139065.1.1钢材特性 9160345.1.2钢结构抗震原理 9123335.1.3钢结构抗震设计准则 979425.2钢框架结构抗震设计 979925.2.1钢框架结构类型 9130245.2.2钢框架结构抗震设计方法 930405.2.3钢框架结构抗震设计步骤 948325.2.4钢框架结构抗震设计注意事项 976985.3钢结构加固技术 9228765.3.1钢结构加固原因 1062915.3.2钢结构加固方法 10124445.3.3钢结构加固设计原则 10114285.3.4钢结构加固施工要点 10237045.3.5钢结构加固效果评估 1020295第6章砌体结构抗震设计 10254776.1砌体结构抗震功能 10179456.1.1砌体结构特点 10214746.1.2砌体结构抗震功能指标 1040086.2砌体结构抗震设计方法 10235296.2.1抗震设防目标 10111636.2.2抗震设计基本要求 10178086.2.3抗震设计步骤 11105596.3砌体结构加固技术 11172756.3.1加固原因 11223066.3.2加固方法 1178196.3.3加固设计原则 111256第7章木结构抗震设计 1143427.1木结构抗震功能 1142337.1.1木结构特点 11171627.1.2木结构抗震功能指标 126477.2木结构抗震设计方法 12161317.2.1设计原则 12227597.2.2设计步骤 1273287.3木结构加固技术 12243117.3.1加固方法 12272297.3.2加固设计 1382207.3.3加固施工与验收 1318809第8章特殊结构抗震设计 13138918.1高层建筑抗震设计 1369638.1.1设计原则 13308908.1.2抗震设计方法 13207058.1.3抗震措施 14302338.2大跨空间结构抗震设计 14158228.2.1设计原则 14158158.2.2抗震设计方法 142618.2.3抗震措施 14216278.3桥梁结构抗震设计 1436998.3.1设计原则 14244968.3.2抗震设计方法 14230388.3.3抗震措施 157864第9章加固材料与工艺 15318839.1加固材料功能与选择 15190079.1.1混凝土 15107639.1.2钢材 15298519.1.3粘钢胶 15186899.1.4碳纤维材料 1565929.1.5预应力材料 15161589.2粘钢加固技术 16173789.2.1粘钢加固原理 16255809.2.2施工工艺 1646099.3碳纤维加固技术 16208919.3.1碳纤维加固原理 1661299.3.2施工工艺 16198229.4预应力加固技术 1729849.4.1预应力加固原理 1731649.4.2施工工艺 174552第10章抗震加固施工与管理 173221910.1抗震加固施工组织设计 171940110.1.1施工组织设计编制 172200810.1.2施工资源配置 17721910.1.3施工现场管理 17643010.2抗震加固施工技术要求 173116010.2.1施工前准备 171619710.2.2加固材料与构件 181235210.2.3施工工艺 182901710.2.4施工质量控制 181001210.3抗震加固施工质量验收 181513110.3.1验收标准 181586210.3.2验收程序 18737210.3.3验收内容 18774910.4抗震加固后期维护与管理 1885910.4.1维护与管理制度 18339610.4.2定期检查与维护 18895210.4.3应急预案 182732810.4.4档案管理 18第1章绪论1.1土木工程抗震概述地震是自然界中一种极具破坏力的自然灾害，对人类社会造成了巨大的损失。土木工程抗震主要研究地震对建筑物、桥梁、隧道等土木工程结构的破坏机理以及采取何种措施减轻地震灾害。本章首先介绍地震的基本概念，包括地震波的传播、震级的划分等；阐述地震对土木工程结构的影响及抗震设计的重要性。1.2加固技术的意义与分类我国城市化进程的加快，许多既有建筑物、桥梁等土木工程结构因设计、施工、使用等方面的原因，存在一定的安全隐患。加固技术通过对这些结构进行改造，提高其抗震能力，延长使用寿命，具有重要的意义。本章主要介绍加固技术的分类，包括结构加固、材料加固和抗震功能提升等，并对各类加固技术的原理和适用范围进行详细阐述。1.3抗震与加固设计原则抗震与加固设计是保障土木工程结构在地震中安全、可靠的关键环节。本章主要介绍以下几方面的设计原则：（1）科学合理：根据地震特点、工程性质和场地条件，科学合理地选择抗震设防标准、加固方案和施工工艺。（2）安全可靠：保证加固后的结构在地震中具有足够的承载能力和良好的抗震功能，满足安全使用要求。（3）经济合理：在保证安全的前提下，力求加固方案经济合理，降低工程成本。（4）便于施工：加固方案应考虑施工条件，尽量减少对既有结构的影响，降低施工难度。（5）符合规范：抗震与加固设计应遵循国家相关规范和标准，保证设计合理、合规。（6）持续发展：在加固设计中，应充分考虑环境保护、资源节约和可持续发展，推广应用新型、环保、节能的加固材料和技术。第2章抗震设计基本原理2.1地震作用与抗震设防2.1.1地震作用地震作用是指地震发生时，地壳产生的震动对建筑物及其内部设施产生的影响。地震作用主要包括地震惯性力、地震动土作用和地震水作用。其中，地震惯性力是导致结构破坏的主要原因。2.1.2抗震设防抗震设防是指根据地震危险性分析和建筑物重要性等级，采取相应的技术措施，使建筑物在地震发生时，具有足够的抗震能力，保证人民生命财产安全。抗震设防主要包括以下内容：（1）确定设防地震烈度；（2）选择合适的抗震设计方法；（3）采取合理的结构布局和构造措施；（4）保证建筑物的整体稳定性；（5）提高建筑物的抗震功能。2.2结构动力学基础2.2.1单自由度系统单自由度系统是指结构体系中一个自由度的系统。其动力学方程为：mu''(t)cu'(t)ku(t)=F(t)式中：m为质量，c为阻尼，k为刚度，u(t)为位移响应，F(t)为地震作用力。2.2.2多自由度系统多自由度系统是指结构体系中具有两个或两个以上自由度的系统。其动力学方程为：[M]u''(t)[C]u'(t)[K]u(t)={F}(t)式中：[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，u(t)为位移向量，{F}(t)为地震作用力向量。2.2.3地震反应谱地震反应谱是指在不同周期点上，结构地震反应（如位移、速度、加速度等）的最大值。地震反应谱分析是抗震设计的重要方法，可用于确定结构的最大地震反应。2.3抗震设计规范与标准2.3.1抗震设计规范抗震设计规范是指导建筑物抗震设计的依据。我国现行的抗震设计规范主要包括《建筑抗震设计规范》（GB500112010）和《城市抗震防灾规划标准》（GB/T504132007）等。2.3.2抗震设计标准抗震设计标准是指在抗震设计过程中，所采用的技术要求和评价准则。主要包括以下内容：（1）地震作用和地震反应谱；（2）结构体系、材料和构件的抗震功能；（3）结构计算和分析方法；（4）抗震构造措施；（5）抗震设防目标和功能要求。第3章地基与基础抗震设计3.1地基抗震处理技术3.1.1地基土的改善换填处理：采用强度高、压缩性低的材料进行换填，提高地基承载力和降低沉降。碾压密实：通过机械碾压，使地基土密实，提高其抗剪强度和压缩模量。深层搅拌：将水泥、石灰等固化剂与地基土搅拌混合，增强地基承载力和稳定性。3.1.2地基加固技术预压加固：利用预压荷载对地基进行加固，提高地基承载力和减小沉降。地基冻结：通过制冷剂使地基水分冻结，提高地基土的强度和稳定性。高压旋喷：利用旋喷钻机将旋喷钻头旋入地基土中，喷射高压水泥浆，形成加固土体。3.2基础抗震设计方法3.2.1混凝土基础设计扩展基础：根据地基承载力和建筑荷载，设计合理的扩展基础尺寸，提高基础稳定性。深基础：采用桩基、沉井等深基础形式，将建筑荷载传递至较深的地层，降低地震影响。3.2.2钢筋混凝土基础设计钢筋混凝土筏板基础：针对软弱地基，采用整体性较好的筏板基础，提高抗震功能。钢筋混凝土箱型基础：通过设置箱型结构，提高基础的抗弯、抗剪能力。3.2.3隔震基础设计橡胶隔震支座：利用橡胶隔震支座的弹性变形，降低地震波对建筑物的传递。滑移隔震：通过设置滑移面，使基础在地震时产生滑移，减小建筑物的地震反应。3.3地基与基础加固措施3.3.1地基加固措施地基注浆：通过钻孔将注浆材料注入地基土中，填充地基裂隙，提高地基整体性。土层锚固：采用预应力锚索或锚杆，对地基土层进行加固，提高其稳定性。3.3.2基础加固措施基础托换：在原有基础上增加新的支撑体系，提高基础承载力和抗震功能。基础加肋：在基础底部增设钢筋混凝土肋板，提高基础的抗弯、抗剪能力。基础隔震：在基础与上部结构之间设置隔震层，降低地震波对建筑物的影响。第4章混凝土结构抗震设计4.1混凝土结构抗震功能4.1.1混凝土结构特点混凝土结构具有高强度、良好抗震功能和耐久性，广泛应用于各类建筑结构中。在地震作用下，混凝土结构的延性和耗能能力是保证其抗震功能的关键。4.1.2抗震设计原则混凝土结构的抗震设计应遵循以下原则：保证结构安全、满足使用功能、经济合理；充分考虑地震作用的不确定性和结构自身的非线性特性；采用合理的抗震体系、构造措施和延性设计。4.2混凝土框架结构抗震设计4.2.1结构布局混凝土框架结构应采用对称、规则、简化的布局，减少地震作用下的扭转效应。同时合理设置防震缝，以降低结构单元间的相互影响。4.2.2抗震等级根据地震烈度、建筑高度和重要性，确定混凝土框架结构的抗震等级，并按照相关规范要求进行设计。4.2.3构件设计对框架柱、梁、节点等主要构件进行抗震设计，保证其在地震作用下具有足够的承载力和延性。4.3混凝土剪力墙结构抗震设计4.3.1结构特点混凝土剪力墙结构具有较好的抗侧刚度，能有效抵抗地震作用。设计中应充分考虑剪力墙的延性和耗能能力。4.3.2剪力墙布局合理布置剪力墙，保证结构在两个主轴方向上的抗侧刚度相近。同时避免出现薄弱层和突变层。4.3.3抗震等级和构件设计根据地震烈度、建筑高度等因素，确定剪力墙结构的抗震等级，并对剪力墙、连梁等主要构件进行抗震设计。4.4混凝土结构加固技术4.4.1加固原因对于现有混凝土结构，可能因设计、施工或使用等原因，导致其抗震功能不足，需要进行加固。4.4.2加固方法常见的混凝土结构加固方法包括：增大截面法、外包钢法、粘贴碳纤维布法、预应力加固法等。4.4.3加固设计根据结构现状、加固目的和条件，选择合适的加固方法。进行加固设计时，应考虑加固后的结构整体功能和耐久性。同时保证加固施工过程中结构的安全。第5章钢结构抗震设计5.1钢结构抗震功能5.1.1钢材特性钢结构具有高强度、高韧性、良好的延性和优越的抗震功能。本章首先对钢材的力学功能、化学成分和物理功能进行概述，以便于理解钢结构在地震作用下的响应特点。5.1.2钢结构抗震原理介绍钢结构在地震作用下的受力特点，分析其抗震功能优势，如能量吸收能力、变形能力等。5.1.3钢结构抗震设计准则阐述钢结构抗震设计的基本原则，包括强度、刚度、稳定性、延性等方面的要求。5.2钢框架结构抗震设计5.2.1钢框架结构类型介绍常见的钢框架结构类型，如梁柱框架、筒体结构等，分析其受力特点及抗震功能。5.2.2钢框架结构抗震设计方法详细讲解钢框架结构抗震设计的方法，包括静力分析法、反应谱法、时程分析法等。5.2.3钢框架结构抗震设计步骤阐述钢框架结构抗震设计的具体步骤，包括结构方案设计、构件设计、节点设计等。5.2.4钢框架结构抗震设计注意事项5.3钢结构加固技术5.3.1钢结构加固原因分析钢结构在地震作用下可能出现的损伤原因，如材料老化、设计不足等。5.3.2钢结构加固方法介绍常见的钢结构加固方法，如贴碳纤维、喷漆、焊接等，并分析各种方法的优缺点。5.3.3钢结构加固设计原则阐述钢结构加固设计的原则，包括加固材料的选取、加固方案的设计、施工工艺等。5.3.4钢结构加固施工要点详细讲解钢结构加固施工过程中的关键环节，如施工顺序、质量控制等。5.3.5钢结构加固效果评估介绍钢结构加固效果评估的方法，包括静力试验、动力检测等，以验证加固后的结构功能。第6章砌体结构抗震设计6.1砌体结构抗震功能6.1.1砌体结构特点砌体结构作为一种传统的建筑结构形式，具有取材方便、施工简单、造价低廉等优点。但是其抗拉、抗剪强度较低，抗震功能相对较弱。本章主要讨论砌体结构的抗震功能及其设计方法。6.1.2砌体结构抗震功能指标砌体结构抗震功能指标主要包括：抗剪承载力、抗弯承载力、延性和耗能能力。在设计过程中，应保证这些指标满足规范要求。6.2砌体结构抗震设计方法6.2.1抗震设防目标砌体结构抗震设计应遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则，保证结构在地震作用下的安全性。6.2.2抗震设计基本要求（1）符合现行抗震规范的要求；（2）结构体系合理，传力路径明确；（3）结构构件具有足够的承载力和延性；（4）结构整体稳定性良好。6.2.3抗震设计步骤（1）确定设防烈度和场地类别；（2）选择合适的结构体系；（3）计算结构在地震作用下的内力；（4）校核结构构件的承载力和延性；（5）采取相应的抗震构造措施。6.3砌体结构加固技术6.3.1加固原因砌体结构在地震作用下可能会出现不同程度的损伤，为保证结构安全，需对其进行加固处理。6.3.2加固方法（1）外包钢加固法：通过外包角钢或钢板，提高砌体结构的承载力和延性；（2）钢筋网水泥砂浆加固法：在砌体表面敷设钢筋网，并喷射水泥砂浆，提高结构抗剪承载力和延性；（3）粘贴碳纤维加固法：采用碳纤维布或板，粘贴在砌体表面，提高结构抗弯承载力和延性；（4）钢绞线网聚合物砂浆加固法：在砌体表面敷设钢绞线网，并喷射聚合物砂浆，提高结构抗剪和抗弯承载力；（5）增设抗震墙或支撑：提高结构整体稳定性，减小地震作用下的变形。6.3.3加固设计原则（1）根据结构损伤程度和加固目标，选择合适的加固方法；（2）加固设计应考虑原结构和新加固部分的整体功能；（3）加固施工过程中，应采取措施保证施工安全和结构稳定；（4）加固后的结构应满足现行抗震规范的要求。第7章木结构抗震设计7.1木结构抗震功能7.1.1木结构特点木结构作为一种传统的建筑结构形式，具有重量轻、强度高、抗震功能好等优点。木材的弹性模量较小，具有良好的抗震吸能能力，适用于地震区的建筑结构。7.1.2木结构抗震功能指标木结构的抗震功能指标主要包括：抗弯强度、抗剪强度、抗压强度、连接强度等。在设计过程中，应结合地震烈度、建筑高度、结构体系等因素，合理确定抗震功能指标。7.2木结构抗震设计方法7.2.1设计原则木结构抗震设计应遵循以下原则：（1）安全性：保证木结构在地震作用下的安全性；（2）合理性：根据建筑功能、地震烈度和场地条件，合理选择结构体系、材料及构造措施；（3）经济性：在满足安全性的前提下，力求结构经济合理。7.2.2设计步骤（1）确定地震作用：根据我国地震动参数区划图，确定建筑所在地的地震烈度、地震动峰值加速度等参数；（2）选择结构体系：根据建筑高度、功能要求等因素，选择合适的木结构体系；（3）计算地震作用效应：采用适当的计算方法，计算木结构在地震作用下的内力及位移；（4）设计构件及连接：根据计算结果，设计木结构构件及连接，保证其在地震作用下的安全性；（5）构造措施：针对木结构的特殊性，采取相应的构造措施，提高抗震功能。7.3木结构加固技术7.3.1加固方法木结构加固主要包括以下几种方法：（1）增大截面加固法：通过增加木材的截面面积，提高木结构的承载能力；（2）粘钢加固法：在木材表面粘贴钢板，提高木结构的抗弯、抗剪能力；（3）碳纤维加固法：在木材表面粘贴碳纤维布，提高木结构的抗弯、抗剪能力；（4）钢构件加固法：在木结构中增设钢构件，提高整体结构的抗震功能。7.3.2加固设计加固设计应考虑以下因素：（1）加固原因：分析木结构需要加固的原因，如材料老化、结构受损等；（2）加固方案：根据加固原因，选择合适的加固方法，制定加固方案；（3）计算分析：对加固后的木结构进行计算分析，保证其满足抗震要求；（4）施工工艺：根据加固方案，制定合理的施工工艺，保证加固效果。7.3.3加固施工与验收（1）施工：按照加固方案和施工工艺进行施工，保证加固质量；（2）验收：加固施工完成后，进行验收，保证加固后的木结构满足抗震要求。本章对木结构的抗震设计、加固技术进行了详细阐述，旨在为木结构建筑在地震区的应用提供技术支持。在实际工程中，应根据具体情况，结合本章内容，进行合理设计及加固。第8章特殊结构抗震设计8.1高层建筑抗震设计8.1.1设计原则高层建筑设计应遵循以下原则：保证结构安全、经济合理、便于施工及维护。在抗震设计中，应着重考虑结构的整体稳定性、延性和耗能能力。8.1.2抗震设计方法（1）功能化设计：根据建筑物的功能、重要性和投资额，确定合理的抗震功能目标。（2）反应谱法：根据场地地震动参数，计算结构在地震作用下的反应谱，进而得到各构件的内力。（3）时程分析法：选取合适的地震波，对结构进行非线性时程分析，评估结构的抗震功能。8.1.3抗震措施（1）合理选择结构体系：优先选用抗震功能好的结构体系，如框架剪力墙、筒体等。（2）增强结构整体性：提高构件连接的可靠性，保证结构在地震作用下具有良好的整体稳定性。（3）加强构件抗震能力：提高柱、梁、剪力墙等主要受力构件的抗震能力。（4）设置防震缝：在适当位置设置防震缝，减小地震对结构的影响。8.2大跨空间结构抗震设计8.2.1设计原则大跨空间结构抗震设计应遵循以下原则：保证结构安全、适用、经济、美观，同时考虑结构的整体稳定性、延性和耗能能力。8.2.2抗震设计方法（1）功能化设计：根据建筑物的功能、重要性和投资额，确定合理的抗震功能目标。（2）反应谱法：计算结构在地震作用下的反应谱，得到各构件的内力。（3）时程分析法：对结构进行非线性时程分析，评估结构的抗震功能。8.2.3抗震措施（1）合理选择结构体系：优先选用抗震功能好的结构体系，如网架、拱架等。（2）设置防震支撑：在适当位置设置防震支撑，提高结构的抗震能力。（3）加强连接节点：提高连接节点的可靠性，保证结构在地震作用下的整体稳定性。（4）减小结构自重：合理选用轻质材料，减小结构自重，降低地震作用。8.3桥梁结构抗震设计8.3.1设计原则桥梁结构抗震设计应遵循以下原则：保证结构安全、经济、适用、美观，同时考虑结构的整体稳定性、延性和耗能能力。8.3.2抗震设计方法（1）功能化设计：根据桥梁的功能、重要性和投资额，确定合理的抗震功能目标。（2）反应谱法：计算桥梁结构在地震作用下的反应谱，得到各构件的内力。（3）时程分析法：对桥梁结构进行非线性时程分析，评估其抗震功能。8.3.3抗震措施（1）合理选择桥型：优先选用抗震功能好的桥型，如连续梁、斜拉桥等。（2）设置减隔震支座：在桥梁与桥墩之间设置减隔震支座，减小地震对桥梁的影响。（3）加强桥墩抗震能力：提高桥墩的抗震能力，保证其在地震作用下的稳定性。（4）加强桥梁连接部位：提高桥梁连接部位的可靠性，保证整体结构的稳定性。第9章加固材料与工艺9.1加固材料功能与选择加固材料的选择对抗震加固效果具有重要影响。本章首先介绍各类加固材料的功能特点，以便于在实际工程中选择合适的加固材料。9.1.1混凝土混凝土是土木工程中常用的加固材料，具有良好的抗压强度和耐久性。在选择混凝土时，应考虑其强度等级、抗渗性、收缩性等功能指标。9.1.2钢材钢材具有较高的抗拉强度和延伸率，是加固工程中常用的材料。在选择钢材时，应关注其抗拉强度、屈服强度、焊接功能等指标。9.1.3粘钢胶粘钢胶是粘钢加固技术的关键材料，应具有良好的粘结强度、耐久性和适应性强等特点。在选择粘钢胶时，应考虑其粘结强度、固化时间、耐老化功能等。9.1.4碳纤维材料碳纤维材料具有高强度、高模量、低密度和耐腐蚀等优点，适用于各类结构的加固。在选择碳纤维材料时，应关注其抗拉强度、弹性模量、伸长率等功能指标。9.1.5预应力材料预应力加固技术中，预应力材料的选择。常用的预应力材料包括预应力钢筋、预应力混凝土和预应力钢丝等。在选择预应力材料时，应考虑其强度、稳定性、耐久性等功能指标。9.2粘钢加固技术粘钢加固技术是将钢板粘贴在混凝土结构表面，通过粘结剂与混凝土共同工作，提高结构的承载能力和抗震功能。9.2.1粘钢加固原理粘钢加固技术基于粘结原理，通过粘结剂使钢板与混凝土形成整体，共同受力。钢板主要承受拉应力，混凝土承受压应力，从而提高结构的抗弯、抗剪能力。9.2.2施工工艺（1）混凝土表面处理：清除混凝土表面的松散层、油污等，打磨平整，提高粘结面积。（2）钢板加工：根据设计要求，加工成所需尺寸和形状的钢板。（3）粘贴钢板：将粘结剂涂抹在混凝土表面和钢板背面，粘贴钢板，施加一定压力，保证粘结牢固。（4）固化养护：在规定时间内，使粘结剂固化，达到设计强度。9.3碳纤维加固技术碳纤维加固技术是将碳纤维材料粘贴在混凝土结构表面，提高结构的抗弯、抗剪能力，具有施工简便、质量轻、耐腐蚀等优点。9.3.1碳纤维加固原理碳纤维加固技术基于复合材料原理，通过粘结剂将碳纤维材料与混凝土结构粘结成整体，共同受力。碳纤维材料承受拉应力，提高结构的承载能力和抗震功能。