薄钢板剪力墙加固框架结构的地震反应分析.docVIP

薄钢板剪力墙加固框架结构的地震反应分析 　　关键词：抗震加固；薄钢板剪力墙；时程分析 　　摘要：对唐山市玉田县某中学宿舍楼采用薄钢板剪力墙加固法进行加固改造，运用PKPM软件和SAP2000有限元软件对加固前后的结构进行地震反应分析，分析结果表明加固改造后结构的抗震性能有大幅度提高，可以满足规范的要求，采用薄钢板剪力墙加固既有结构具有良好的减震效果和社会经济效益，具有很好的可应用性，在建筑抗震加固领域将会有更长远的发展。 　　0 引 言 　　由于自然灾害、长期疲劳等使建筑结构在使用过程中可能发生损伤，导致建筑不能达到正常安全使用的要求，严重时还可能使结构发生整体性破坏，造成人身、经济损失。因此，有必要对某些超过设计使用年限、改变使用功能或有安全隐患的已有建筑结构进行抗震鉴定加固。薄钢板剪力墙加固法的主要特点[1]是施工工艺简单，现场湿作业少，施工过程中对生活和生产影响小，加固后对原结构外貌、净空、使用功能无明显改变，就地取材容易，加固成本低，易于大范围推广，加固后墙体可以作为剪力墙，能够提高结构的侧向刚度从而提高抗震能力，使得原有建筑达到国家抗震设计规范的要求。 　　1 工程概况 　　本工程是2002年设计并施工的一栋四层框架结构中学宿舍楼，位于河北省唐山市玉田县，建筑结构质量、刚度分布基本均匀规则，层数为4，跨数为6×2，层高均为3.0m。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，抗震等级为三级，Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.35s。汶川地震后我国颁布了新的建筑抗震设计规范，将中小学校、幼儿园、医院等建筑的设防标准由丙类提升为乙类重点设防，唐山地区考虑本地的实际情况，根据地方标准将上述建筑的抗震设防烈度提高一度考虑，因此就要对本工程进行抗震能力评估，经评估该工程在8度区多项抗震构造措施不能满足抗震鉴定标准的要求，采用SAP2000有限元软件对原工程进行非线性时程分析，本工程最大层间位移角为1/489，大于规范要求的层间位移角限值1/550，因此结构需要进行抗震加固改造。 　　2 结构抗震分析及加固方案设计 　　2.1 结构地震反应分析 　　根据结构实际尺寸、材料、荷载等，按照现行规范标准在PKPM软件中进行建模计算。进行SATWE有限元分析，计算结果显示，结构在地震作用下 X方向的最大值层间位移角为1/507大于规范限值。进行结构承载力计算，发现结构一层柱B/2、B/3、B/4、B/5、B/6（共5根）轴压比分别为0.93、0.87、0.86、0.87、0.93大于规范规定的轴压比限值0.75，一层16根柱、二层21根柱、三层18根柱现有配筋不能满足设计要求，因此，结构需要进行加固改造。 　　2.2加固方案设计 　　贴薄钢板剪力墙加固将原有建筑由框架结构改变成框架剪力墙结构，结构的受力性能更加合理，同时新增加的剪力墙可以承担结构的大部分内力，增大结构侧向刚度，有效控制结构的侧向位移。根据规范的要求，剪力墙应沿结构全高布置，避免产生刚度突变，尽量布置在结构周边、楼梯间附近，各剪力墙之间的距离不宜太大，应均匀、分散、对称布置。本工程采用2mm厚的Q235B薄钢板沿结构全高贴在A-D轴交1轴、4轴、7轴，A轴交1-2轴、3-5轴、6-7轴，D轴交1-2轴、3-5轴、6-7轴之间的墙体上形成薄钢板剪力墙加固框架结构，钢板通过鱼尾板与周边框架连接，有洞口的墙体在洞口周边布置水平、竖向边缘加固构件来减小洞口对钢板承载能力的削弱。 　　由于薄钢板在水平荷载作用下非常容易发生屈曲，水平荷载主要以拉力方式传递，为了简化分析，当钢板的长细比大于1500时，可以把薄钢板简化成等间距交叉布置的斜拉带模型[2]，进行模拟地震作用有限元分析。根据以往研究[3]中得出的公式计算，在本工程中可以将每片加固的薄钢板简化成20条倾角为45°交叉布置的斜拉带，斜拉带可以由拉杆来进行模拟，拉杆的材料属性与薄钢板相同，对每根拉杆杆端释放弯矩和扭矩来实现拉杆与周边框架梁、柱的铰接。 　　3 加固效果分析 　　3.1 模态分析 　　加固前后结构的模态分析周期和频率对比结果见表1。 　　从以上对比中可以看出，贴薄钢板剪力墙加固后结构的周期减小，频率增大，结构的刚度有大幅度增加，结构的动力能有很大改善。 　　3.2 非线性时程分析 　　采用SAP2000有限元软件在8度0.2g条件下对加固前后的结构分别进行常遇地震作用下的非线性动力时程分析，地震波选用唐山波-南北向，加速度峰值为55.49cm/s?，步长取0.01s，持续时间15s。由分析结果可以看到，薄钢板剪力墙加固后结构的侧向刚度明显增大，层间位移角得到了很好的控制，降幅在71%到92%之间，最大层间位移角为1/1726，能够满足规范的要求，加固前