FRP抗震加固技术
纤维增强塑料(FRP)近年来利用航天、航空工业取得的成就,在民用建筑领域的开发和应用中受到很大重视,进行了广泛的研究,取得了很大的进展。具有许多优点,作为混凝土结构加固和修补材料,得到广泛应用,开辟了一条高效、方便、经济的加固修补混凝土结构的新途径。
FRP加固中的缺陷在一定程度上限制了它在加固领域中的应用,尤其是弹性模量与环氧树脂层传递的剪力两方面。因为结构往往不仅要求强度加固,还需要刚度加固,因此应采用预应力的加固方法,即先对FRP施加预应力再外贴到结构上对结构进行加固,能克服FRP材性上的缺点,对结构同时进行有效的强度与刚度加固,并能充分发挥FRP的高强性能,防止发生粘结破坏,从而使得FRP能更广泛地应用于结构加固领域。预应力FRP加固受弯构件的试验及理论研究结果表明,构件开裂荷载与抗弯刚度较非预应力FRP加固的受弯构件有明显提高,屈服荷载下的挠度与极限荷载下的挠度较非预应力碳纤维布构件有明显减小,FRP最大应变较非预应力FRP加固构件有明显增大,且破坏时没有粘结破坏迹象,控制适当的预应力水平,并不会引起构件延性不足。
FRP修复加固混凝土结构方法
FRP加固混凝土的材料主要是使用FRP片材、网格/格栅材和FRP筋,加固方式多种多样,按照加固位置可分为体外加固和体内加固,体外加固主要有外贴加固和约束加固,体内加固有嵌入式加固和网格/格栅加固;按照材料处理不同分为预应力加固和非预应力加固方法;按照加固的作用分为受弯加固方法、受压加固方法、受剪加固方法和抗震加固方法。无论哪种方法,都要求能够满足被加固结构物的加固要求进行设计施工,充分发挥纤维复合材的性能。
钢丝(筋)网水泥砂浆抗震加固技术
钢丝(筋)网水泥砂浆是以钢丝网或钢筋网和加筋为增强材料,水泥砂浆为基材组成的薄层结构,钢丝(筋)网也可以用其他合适的金属材料代替。与混凝土相比,钢丝(筋)网水泥砂浆的主要特点是配筋分散性好和骨料颗粒粒径小,因此,具有更好的抗裂、抗渗和韧性。
钢丝(筋)网水泥砂浆加固的研究在近年来已取得了一定的进展,但与其他许多成熟领域相比,还有许多问题没有解决。
(1) 钢丝(筋)网水泥砂浆加固研究的一个重大问题是试验数据仍很缺乏,尤其是在国内,这一问题更加突出。现有的研究大多是集中在对混凝土梁加固的静载抗弯性能研究,而对混凝土梁抗剪、混凝土柱的静载试验以及动力性能和疲劳性能研究极少,甚至没有。而且现有的研究都是一次受力研究,没有考虑实际加固的二次受力性能。
(2) 虽然有些学者对钢丝网水泥这种构件本身承载力的计算提出了一些方法,但对于加固后构件的计算没有系统的研究和分析,限制了这种加固方法的实际应用。
屈曲约束支撑(BRB)抗震加固
屈曲约束支撑又称防屈曲支撑或BRB(Buckling restrained brace),产品技术发展于1973年的日本,当时的一批日本学者成功研发了墙板式防屈曲耗能支撑,并对其进行了加入不同无粘结材料的拉压试验;1994年北岭地震后,美国也开始对防屈曲支撑体系进行相应的设计研究和大比例试验,同时结合理论计算分析了该支撑体系较其他支撑体系的优点。
折叠承载力与刚度分离
防屈曲支撑的优点是其自身的承载力与刚度的分离。普通支撑因需要考虑其自身的稳定性,使截面和支撑刚度过大,从而导致结构的刚度过大,这就间接地造成地震力过大,形成了不可避免的恶性循环。选用防屈曲支撑,即可避免此类现象,在不增加结构刚度的情况下满足结构对于承载力的要求。
折叠承载力高
抗震设计中,普通支撑的轴向承载力设计值为:
折叠延性与滞回性能好
屈曲约束支撑在弹性阶段工作时,就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度,可用于抵抗小震以及风荷载的作用。屈曲约束支撑在弹塑性阶段工作时,变形能力强、滞回性能好,就如同一个性能优良的耗能阻尼器,可用于结构抵御强烈地震作用。
折叠保护主体结构
屈曲约束支撑具有明确的屈服承载力,在大震下可起到抗震作用,用于保护主体结构在大震下不屈服或者不严重破坏,并且大震后,经核查,可以方便地更换损坏的支撑。
折叠减小相邻构件受力
当支撑为人字形或V字型布置时,由于普通支撑受压屈曲,受拉与受压承载力差异可能很大,而普通支撑的截面由受压承载力控制,但支撑受拉时其内力可达到受拉承载力,故与支撑相邻构件的内力由支撑受拉承载力控制。如采用屈曲约束支撑,支撑受拉与受压承载力差异很小,可大大减小与支撑相邻构件的内力(包括基础),减小构件截面尺寸,降低结构造价。