汶川地震后建筑物震害分析及加固技术综述.doc

汶川地震后建筑物震害分析及加固技术综述 摘要：本文介绍在2008年5月12日四川省波川一北川大地震中砌体结构和钢筋混凝土结构的各种典型破坏特征，包括砌体结构的开裂、倾覆，钢筋混凝土结构的短柱破坏效应、剪切破坏、剪压破坏、压屈破坏、弯剪破坏、粱柱塑性铰、钢筋锚固不足破坏、混凝土酥碎破坏等。文中分析探讨了震害的原因及吸取的教训，以及各种加固技术综述。 关键词：裂缝；抗震能力；加固方法 2008年5月12日，在我国四川省汶川县发生了里氏8.0级大地震，震害较为严重地集中在老旧民房和砌体建筑，钢筋混凝土建筑、特别是高层钢筋混凝土建筑的破坏相对较少。全世界的工程抗震实践证明，除理论和实验研究外，震害经验是工程抗震的重要基础之一，也是人类防御地震灾害的共同精神财富。因此，对此次汶川地震中各类建筑和工程设施的震害进行分析研究，总结经验教训，对改进建筑抗震设计和施工具有十分重要的意义。近20多年来，我国的钢筋混凝土建筑发展迅速，能否经受地震考验、达到预期的抗震设防目标，是人们十分关注的问题。汶川地震中钢筋混凝土建筑的震害经验，无疑为我们提供了十分重要的借鉴。 一、地震基本情况 据国家地震台网测定，本次地震震级为里氏8.0级，震源深度33km，震中位于北纬31.0度。东经103.4度，位于四川省汶川县。 按中国的地震区划表，汶川县为7度设防，其对应加速度峰值为35gal。而实际根据地震局公布的数据计算得到的成都波峰僵加速度：304.8gal，持时142.4 s。震中地表加速度PGA=0.63G，约630gal。由此可见，实际地震烈度远远高于设防烈度，即地震作用远远高出建筑物50年寿命期内预计可能遭遇到的地震作用。 二、震害分布情况及分析 (一)砌体结构的破坏情况及分析 一是墙体开裂破坏； 二是墙体转角处破坏； 三是楼梯间墙体的破坏； 四是楼梯间墙连接处的破坏； 五是楼屋盖的破坏； 六是山墙破坏； 七是施工质量引起的破坏。 (二)钢筋混凝土结构的破坏情况及分析 1、结构概念设计和结构体系问题 我国现行建筑抗震设计规范提出了一系列非常重要的基本要求，即“建筑设计应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案”：“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力绩构的侧向刚度和承载力突变”。对于结构体系，则提出：“应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径”；“宜有多道抗震防线”，“具有必要的抗震承载力。良好的变形能力和消耗能量的能力”。这些基本要求是基于对震害的不断认识、试验和理论研究的大量成果而提出的。近年来国内外大地震的震害表明，我国建筑抗震设计规范所提出的建筑抗震设计的基本要求是合理和重要的。大多数震害均为结构平面不规则、结构体系不合理、地震作用传递途径不明确或缺少多道抗震防线所导致。 1、缺乏多道抗震防线； 2、强梁弱柱破坏； 3、结构竖向不规则、刚度突变且地震作用传递途径不明确： 4、结构平面不规则； 5、结构竖向不规则，底层大厅空旷。上部结构与底层刚度比远大于2，形成所谓“鸡腿”建筑。 2、结构构件的典型破坏形态 1、柱子剪切破坏(短柱效应)：由于窗台墙体对柱子的约束作用，使柱子的有效长度减小了一半，成为短柱。地震作用下，柱子严重破坏。 2、柱子剪压破坏：柱子断面过小、箍筋约束不足、混凝土抗压强度不足、竖向震作用较大，在水平和竖向地震作用的共同作用下，产生剪压破坏。 3、柱子弯剪破坏：尽管由于窗台墙体的存在形成短柱，但由于柱子断面足够大且两侧翼墙提供附加的抗剪强度，在水平地震作用下造成弯剪破坏(属延性破坏)，整体结构不倒。 4、柱子压屈破坏：竖向荷载太大，柱子断面过小、受力钢筋压屈成灯笼状破坏。 5、柱子塑性铰破坏：内框架结构内柱的柱项和柱脚均出现塑性铰。吸收了地震能量。尽管结构产生了较大变形，但整体未倒。 6、短梁剪切破坏：框架结构，填充墙开门洞使框架梁变成短梁(净跨与截面高度之比小于4)，产生剪切破坏；剪力墙结构，连梁产生的剪切破坏。 7、梁端塑性铰破坏：框架梁与柱子切点处，由于箍筋加密形成较好的约束作用，尽管变形较大，并未造成剪切破坏。 三、受损房屋的加固措施 结构抗震加固方法随着经济水平、技术水平和人们观念的发展而发展，以往的抗震加固是以结构的安全性为重点。而对建筑的外观及使用功能很少顾及。进入新世纪以来，随着我国经济实力的增强，抗震加固新技术(如消能减震)、新材料(如碳纤维、结构胶)以及新工艺(如钻孔、植筋)的出现，从而使抗震加固的手段愈来愈多，给工程师以充分发挥的余地。并且抗震加固工作往往结合城区的改造规划、建筑功能的更新改造来进行，人们不仅重视结构的安全性和适用性，更希望对原有建筑风貌得以完整地保留。这在对于具有重大纪念意义、城市标志性建筑的抗震加固中显得尤为重要。 (一)砌体结构房屋的加固 对于裂缝宽度较大，影响建筑物的使用及安全的裂缝，宜做加固处理砌体结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法 砌体结构的直接加固方法一般为： 1、钢筋混凝土加固砌体结构分为：混凝土围套、混凝土扶壁柱和混凝土夹板墙3种方式优点是施工工艺简单、适应性强。砌体加固后承载力有较大提高，并具有成熟的设计和施工经验，适用于柱、带壁墙的加固：其缺点是现场施工的湿作业时间长，对生产会有一定的影响。且加固后的建筑物的净空有一定的减小。 2、加固砌体结构分为扶壁柱和墙体加固两种方法。属于同种材料加固。其优点是施工工艺简单、适应性强，适用于古建筑的修复和典型民居的改造，但承载力提高有限，且难满足抗震要求。 3、捆绑式加固方法，在房屋外面设置构造柱、圈梁及纵横拉接杆件，将房屋捆绑为一个整体。优点是可提高结构整体性，改善结构破坏状态及增大结构延性，但其施工工艺复杂。施工周期长，如设计应用不当会导致结构内应力分布不均匀，对结构的抗震产生不利影响。 砌体结构的间接加固方法一般为： 1、无粘结外包型钢加固法。该法属于传统加固方法。优点是施工简便、现场工作量和湿作业少，受力较可靠，适用于不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固；缺点为加固费用高，并需有类似钢结构的防护措施。 2、预应力撑杆加固法。该法能较大幅度地提高砌体柱的承载能力，且加固效果可靠适用于加固高应力、高应变状态的砌体结构；缺点是不能用于温度在60以上的环境中。 砌体结构构造性加固与修补宜采用以下措施： 1、增设圈粱加固。当圈梁设置不符合现行设计规范要求减纵横墙交接处咬搓有明显缺陷，或房屋的整体性较差时，应增设圈梁进行加固。 2、增设梁垫加固。当大梁下砖砌体被局部压碎或大粱下墙体出现局部竖直裂缝时。应增设梁垫进行加固。 3、改变结构方案，如增加横墙，将弹性方案改为刚性方案，柱承重改为墙承重，砌体结构改为混凝土结构。 (二)混凝土结构房屋的加 目前在