三种砌体结构加固方法的比较

三种砌体结构加固方法的比较　白军刚　（长安大学，陕西西安７１００６４）　【摘要】　砌体结构是国内应用比较广泛的一种结构形式。据统计，我国约有８０％的工业和民用建筑　采用砌体结构建造，其中民用房屋９０％以上为砌体结构。但砌体结构材料延性差，强度离散型大，材料本身　的抗拉、抗弯、抗剪强度低，属脆性材料。文章通过对三种新型砌体结构的加固方法进行对比分析，总结出各　种方法的适用条件和性能效果，以便在不同的结构加固中得到最良好的经济社会效益。　【关键词】砌体结构；加固；ＦＲＰ；钢丝绳缠绕；钢窗框加固　【中图分类号】ＴＵ７４６．３　【文献标志码】Ｂ　砌体结构是国内应用比较广泛的一种结构形式。由于　的平面为抗弯性能的研究。　砌体结构的材料来源广泛，施工不需要大型机械，手工操作　通过周期反复荷载作用对加固构件进行实验研究　，　比例大，相对造价低廉，具有较好的耐火性和耐久性。因此　得到的实验结果对比显示，ＦＲＰ的使用能够很好的限制墙体　在上个世纪，尤其是中西部地区，民用建筑几乎全部采用砌　裂缝的发展，改变墙体的受力状态，使滞回环饱满，面积增　体结构。据统计，我国约有８０％的工业和民用建筑采用砌　大，延性系数提高，提高构件的抗震性能、抗剪强度，提高延　体结构建造，其中民用房屋９Ｏ％以上为砌体结构…。但砌　性和平面外极限抗弯承载力。现在研究一般认为，外贴ＦＲＰ　体结构材料延性差，强度离散型大，材料本身的抗拉、抗弯、　对加固后砌体结构抗剪承载力的计算模式为普通墙体的抗　抗剪强度低，属脆性材料。且目前农村绝大部分房屋建筑为　剪承载力ＦＲＰ拉杆机制的抗剪承载力之和（图１）。　农民自建房，图纸无正规设计单位设计，材料无正规生产厂　家生产，施工无正规单位组织，因此很难保证其抗震和使用　性能。限于我国的基本国情，还没有足够财力对不满足要求　的所有建筑拆除重建，即使有足够的资金来拆除重建，也会　造成很大的浪费，更会带来建筑物剩余价值评估、居民安置、　图１　外贴ＦＲＰ加固后砌体的抗剪承载力　建筑垃圾的回收利用和城市环境等问题。加固后的房屋不　即：　仅安全可靠，且能延长使用年限，所以对既有砌体结构进行　ｕ　ＷＡＩ．１ｌ＋　ＦＲＰ　全面的检测、鉴定和加固很有必要。　式中：　为加固后砌体抗剪承载力；Ｖ　为普通砌体　目前砌体结构常用的加固方法有增大截面法、外加钢筋　抗剪承载力；ＶＦＲＰ为ＦＲＰ拉杆的所承担的抗剪承载力。　混凝土法、外加钢板法、钢筋网砂浆加固法、增设圈梁拉杆等　ＦＲＰ加固方法目前主要使用于混凝土结构中，在砌体结　方法。这些加固方法往往具有作业工作量大，施工周期长，　构中目前使用较少。邯郸市某校逸夫教学楼（四层砖混结　需要较大的施工空间，对使用功能外观具有较大影响等缺　构，单面走廊式）采用粘钢和粘贴纤维材料的加固方法，取得　点。因此，加强对砌体结构加固方法的研究，尤其是加固后　了很好的加固补强效果　。　抗震性能的改善的研究，具有重大意义。　ＦＲＰ加固方法无法加强墙体间拉结和整体性，且加固中　１砌体结构三种加固方法分析比较　使用的胶黏剂易燃，在１２０％时强度几乎完全丧失。　ＦＲＰ加固方法对建筑外观无较大影响，且施工操作简　１．１　ＦＲＰ加固方法　单，施工速度快，但是在施工过程中也要注意以下要求：　ＦＲＰ加固技术的最早使用于混凝土结构的加固补强中，　（１）为了发挥ＦＲＰ加固方法的性能，在施工过程中必须　其研究最早始于美、曰等发达国家。由于ＦＲＰ方法具有高强　采取可靠、有效地锚固措施，避免过早出现剥离破坏；　高效、施工便捷、耐腐蚀性好、自重轻、适用于各种形状各个　（２）合理设计和控制加固量，一般碳纤维的分条粘贴的　部位的加固等优点。因此，近年来国内外对ＦＲＰ加固技术在　加固效果优于整幅粘贴的加固效果；　砌体结构领域的应用和研究有了很大发展。　（３）碳纤维转角粘贴时应采取倒角处理，避免转角处应　ＦＲＰ加固方法只要是在结构表面粘贴纤维材料。纤维　力集中造成纤维丝断裂；　材料的粘贴方法主要有竖向条带、斜向条带、正向网格、斜向　网格等。　［定稿日期］２０１３—１２—１７　对ＦＲＰ加固技术的性能研究归纳下来主要有ＦＲＰ加固　［作者简介］白军刚（１９８８一），男，硕士研究生，助理工　的抗震性能的研究，ＦＲＰ加固的抗剪性能的研究，ＦＲＰ加固　程师。　２０６　四川建筑第３４卷４期２０１４．０８　（４）纤维材料不宜应用于反复荷载作用的构件加固；　（５）加固时应尽量卸掉构件所承受的荷载。　１．２钢丝绳缠绕加固受压短柱　的往复作用下，首先在洞口四角处开裂破坏。　通过在位移控制下的低周反复荷载作用下，对采用等边　角钢５０　ｍｍ　ｘ　５０　ｍｍ　ｘ４　ｍｍ，材料为Ｑ２３５的钢窗框进行对　比实验。实验表明　钢框加固在开裂荷载阶段，发挥作用　较对比实验大的多，在极限荷载时，也比对比实验增大近５０　％。并且对增加墙体的变形能力和局部抗倒塌性能作用明　显，且对建筑的使用要求影响不大。　虽然砌体结构多以砖墙承重，但在一些厂房和大开间建　筑中也存在了大量的砖柱。特别是在一些优秀历史建筑中，　时常会看到独立砖柱的身影。然而，经过了多年的环境侵蚀　作用，不可避免地出现材料的劣化，导致砖柱的轴向承载能　力降低，影响结构的安全性。　钢丝绳缠绕加固法原理与约束｝昆凝土柱类似，主要通过　钢丝束对受压构件的横向变形进行约束来提高构件整体的　２结论　（１）ＦＲＰ加固方法适用于各种形式各种部位的砌体结构　或者构件，能显著提高构件的抗震性能、抗剪强度，提高延性　抗压强度，提高塑性变形能力。由于砌体的特殊性，比如竖　向裂缝产生较早、砖块的抗压强度高而砌体的抗压强度低。　和平面外极限抗弯承载力。且施工操作简单，施工速度快，　由于无筋砌体短柱的受压破坏是裂成小柱后的失稳破坏，而　对外观无较大影响。但对于提高墙体之间的拉结和整体性　钢丝绳的作用在砌体柱开裂后才明显体现出来，由此得出钢　提高不大，抗火性较差。　丝绳约束的主要作用是提高砖砌体柱的稳定承载力。由于　（２）钢丝缠绕加固法适用于砌体受压短柱或相类似的结　钢丝绳对砌体结构的约束是被动的，只有在原有结构开裂产　构构件，可以显著提高砌体柱的强度、延性和整体稳定性。　生变形后才产生约束作用，以约束圆柱为例，当产生环向变　与纤维约束类加固方法相比，钢丝绳缠绕加固方法具有较好　形时，钢丝绳产生的约束力叮　为：　的耐久性和耐火性，且加固成本较低。　２Ｅ　Ａ　（３）钢窗框加固法适用于开门窗洞口的各种砌体墙体的　加固，尤其适用于没有良好的抗震设计和构造措施的农村砌　式中：Ｅ　为钢丝绳的变形模量；Ａ　为单根钢丝绳的截面　体结构的加固，可以显著提高墙体的承载能力、变形能力和　积；ｄ为圆柱直径；ｓ为钢丝绳竖向间距。　局部抗倒塌性能，对建筑的使用和外观要求影响不大。　由于目前大部分实验模型来源于混凝土柱，而砌体柱的　特殊性导致目前还无法建立约束砌体短柱的应力一应变模　参考文献　型。通过大量试验、数值模拟以及钢丝绳缠绕加固法与纤维　复合材料加固方法　的相似性表明，钢丝绳对矩形截面　［１］苏小卒．建筑结构设计［Ｍ］．同济大学出版社，２００２　的约束是不均匀的，在角部较大，在截面边长中点附近较小。　［２］杨璺，彭少民，谷倩．碳纤维布加固开洞砖墙体实验研究及有　且其约束应力分布与截面的倒角半径有密切关系。所以可　限元分析［Ｊ］．建筑科学，２００９，２５（７）：３３—３６　［３］张维．碳纤维加固砌体实验研究及有限元分析［Ｊ］．武汉理工　以通过增大倒角半径的方法来增强约束效果。钢丝绳缠绕　大学学报，２００８，３０（１０）：８５—８８　加固方法可以显著提高砌体柱的强度和延性。与纤维约束　［４］　韦昌芹，周新刚．ＣＦＲＰ加固砌体结构的实验研究［Ｊ］．工程力　类加固方法相比，钢丝绳缠绕加固方法具有较好的耐久性和　学，２００６，２３（增ＩＩ）：１５０—１５４　耐火性，且加固成本较低，具有良好的应用前景。　［５］　邵劲松，刘伟庆．碳纤维在土木工程中的应用［Ｊ］．玻璃钢／复　１．３钢窗框加固法　合材料，２００５，（５）：４１—４４　在我国历次地震中，农村住宅同等条件下总是比城市住　［６］　常桂英，池玉河．粘钢与粘碳纤维技术在工程结构加固中的应　宅损坏或倒塌的更严重。农村建筑在我国占大多数，这使得　用［Ｊ］．山西建筑，２００８，３４（８）：８７—８８　地震对农村房屋造成损坏和人员伤亡的数量较大，因此迫切　［７］　田水，彭少民，谷倩．碳纤维加固实心粘土砖偏心受压柱的试　需要对农村住宅进行加固处理。由于历史的原因，对农村住　验研究［Ｊ］．砖瓦，２００５，（１０）：３—６　宅的抗震性能研究较少，迫切需要对其抗震薄弱环节和加固　［８］罗才松．玻璃纤维加固砖柱试验［Ｊ］．建筑科学与工程学报，　措施进行研究。　・　２００８，２５（１）　在广大农村地区，砌体结构普遍缺少正规的抗震设计，　［９］　黄奕辉，罗才松，陈华艳，等．玻璃纤维片材等间距加固砖柱的　施工人员为了施工方便和采光通风要求，往往随意加大门窗　轴压试验研究［Ｊ］．建筑科学，２００８，（５）　洞口尺寸。砌体结构属于脆性结构体系，在地震水平作用影　［１０］　张建波．钢丝绳约束加固砖砌体短柱轴压性能的有限元分析　响下，墙体的开裂和坍塌主要是由于墙体的抗剪强度和抵抗　［Ｊ］．科技视界，２ｏ１２，１４（５）：５４—５６　变形能力不足所致。对于没有相应措施的房屋，开洞引起墙　［１１］　杨威，朱尔玉，郝节，等．开洞砖砌体两种加固方法的对比研　体整体性削弱，并在洞口四角处引起应力集中。在水平地震　究［Ｊ］．北京交通大学学报，２０１３，（３７）：６２—６６　四川建筑第３４卷４期２０１４．０８