防屈曲支撑加固既有钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

■王 帅 ■北京清尚建筑设计研究院有限公司，北京 100000

在我国的建筑中，传统的钢筋混凝土框架应用广泛，但是这种结构有一个缺点，就是这种框架的抗侧能力较弱。目前的建筑中，提高结构的抗侧刚度采用最多的就是中心支撑或者偏心支撑，但是不论哪一种，在地震的作用之下，都会产生较大的塑性变形，另外，这两种方法的抗震耗能能力都较差。但是防屈曲支撑在受拉或者受压的时候都可以曲阜耗能，所以其抗震性能良好。

1 防屈曲支撑概述

防屈曲支撑屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板屈曲约束承担，外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，屈曲约束支撑的滞回性能优良。屈曲约束支撑一方面可以避免普通支撑拉压承载力差异显著的缺陷，另一方面具有金属阻尼器的耗能能力，可以在结构中充当“保险丝”，使得主体结构基本处于弹性范围内。因此，屈曲约束支撑的应用，可以全面提高传统的支撑框架在中震和大震下的抗震性能。在工程上，一有钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固方式较多，但是防屈曲支撑加固既有钢筋混凝土框架以提高建筑的抗震性能的研究不多，本文正是对这种方式的可行性做了分析。

2 既有框架的加固方法以及抗震计算

在本文的研究中，选取的既有钢筋混凝土框架在设计时按照TJ11-1978《工业与民用建筑抗震设计规范》中的要求，该结构的平面布置(8层)如图1。为了研究防屈曲支撑技术在该框架进行加固的可行性，而且在同时解决设置防屈曲支撑加固后，既有钢筋混凝土框架仍然出现承载力不足的问题，本文的研究采用了局部附加钢筋混凝土框架并且另外增设了防屈曲支撑的方案，这样涉及的目的，一是为了提高地震情况下的抗侧刚度，另外该方案同时也满足国家的相关要求，同时该方案还利用防屈曲支撑的抗震耗能能力，这样就能提高既有建筑的抗震性能。

图1 既有结构的平面布置

经过对该既有框架进行抗震验算，计算执行的标准(GB50010-2010《混凝土结构设计规范》)为现行标准，计算结果见表1．从计算结果中不难看出，在多于地震的情况下，有4层的层间位移超限(表中用*表示)。

表1 层间位移验算结果表

楼层 层间剪力Vi/kN层刚度D/kN·m2层间位移Δ/mm楼层侧移δ/mm层间位移角θ 2 4745．8 672940 7．02 13．29 1/512*3 4445．3 582100 7．59 21．05 1/480*4 4013．1 582100 7．12 27．88 1/521*5 3436．2 473800 7．27 35．20 1/495*6 2718．4 473800 5．69 41．11 1/626 7 1860．2 473800 3．92 44．91 1/921 8 973．2 454210 2．17 45．01 1/1679

3 加固方案设计

在设计加固方案时，选择的既有建筑的外观以及施工现场允许的结构部位设置防屈曲支撑及其连接框架。并且将增设的防屈曲支撑安置在附加钢筋混凝土框架平面内，以防止增设的支撑对既有框架结构产生不利的影响。附加的防屈曲支撑框架与既有框架的连接方式选择为后锚固方法连接，在原则上，设置防屈曲支撑的位置不能影响使用，附加结构的所有参数根据设定的加固目标(多遇地震作用下，主体以及加固框架均处于弹性状态;设防烈度地震作用下防屈曲支撑消耗地震能量，主体结构允许开裂但不能屈服;罕遇地震作用下结构不倒塌)进行计算得出的，附加的结构必须参与既有钢筋混凝土框架的减震计算。

4 具体实试验方案及结果

4．1 防屈曲支撑加固框架的模型设计

附加的防屈曲支撑加固框架主要是由纯钢筋混凝土框架、防屈曲支撑以及附加加固框架共同组成。将单榀附加加固框架根据等刚度代换原则替换为两榀，并且附加于纯钢筋混凝土框架的单跨两侧，这样做的目的是防治试验带来的扭转。防屈曲支撑采用的是人字形以及单斜撑这两种方式布置，这样的布置会使结构侧移刚度相同，屈服时层间侧移角相同。

4．2 试验结果

基于试验模型的对称性，所以选取框架结构具有代表性的南立面进行现象描述，试件在南北面的开裂情况是对称的。试验加载时，先施加拉力，然后施加推力。框架水平侧移加载至6．3mm时，梁1、梁2端部出现裂缝。框架水平侧移加载至11．56mm时，梁2端部出现4～10cm的长裂缝，并有少许的裂缝贯穿梁底。框架水平侧移加载至17．34mm时，梁1、梁2两端均出现大量的贯穿梁截面高度的斜裂缝。中柱出现的裂缝最多，底部混凝土出现压酥现象，中柱首层节点的核心区出现部分剪切裂缝。加固结构中防屈曲支撑发挥了很好地效能作用，而且在另一个方面，承载力得到了大幅度的提高，对纯钢筋混凝土框架的保护效果是很好地，而且其刚度以及延性都良好。另外，根据对试验结果的各种曲线分析，发现:采用附加防屈曲支撑钢筋混凝土加固框架之后，滞回曲线呈现出现了捏拢以及反“S”现象，但是相比较纯钢架的滞回曲线，有了明显的改善，承载力明显改善，约为纯框架的3．5倍左右。另外，在等效刚度以及刚度退化方面，防屈曲支撑起到了增加结构钢都的作用，在大位移下，等效刚度有所减小，耗能增加，这有利于减小地震作用对纯框架的影响。

5 结束语

综上所述，使用附加防屈曲支撑钢筋混凝土框架对既有钢筋混凝土框架进行减震加固，这样可以提高整体结构的抗震性能，还能较少内部作业。使用附加防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架后，可以形成合理的屈服机制，明显的增加了既有框架的抗震性能，另外水平荷载-结构侧移曲线饱满，等效阻尼明显有所增加，单榀的承载力可以提高至3倍以上，结构的抗倒塌性能增加。经试验验证，防屈曲支撑加固既有钢筋混凝土框架对于整体结构的抗震性能有所提高，适合推广使用。

［1］吴徽，张国伟，赵健，等．防屈曲支撑加固既有RC框架结构抗震性能研究［J］．土木工程学报，2013(7)．

［2］顾炉忠，高向宇，徐建伟，等．防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能试验研究［J］．建筑结构学报，2011(7)．