关于加固后钢筋混凝土框架结构抗震性能的分析

方美霞 （繁昌县瑞丰工程检测技术咨询有限责任公司，安徽 芜湖 241200）

1 引言

在工业化发展背景下，部分建筑功能有所改变，针对钢筋混凝土框架结构，系统性开展了多种扩建形式，以期提升资源节约效果，减少施工消耗时间，加强经济成本控制效果。以原有钢筋混凝土框架结构为起点，为其增设钢框架，形成混合式结构框架，作为应用较为广泛的扩建形式。

2 性能分析试验设计

2.1 试件设计基础情况

试件设计期间，确定为三种差异性结构框架的钢筋混凝土试件。三种试件名称分别为试件一、试件二、试件三。三种试件框架参数配置具有一致性，跨度属性确定为1200mm，高度属性确定为1500mm。框架梁截面积规格长为200mm、宽为160mm。框架柱截面规格长与宽均为160mm。

试件三的框架结构为X型角钢支撑，对其开展加固处理。试件二的加固形式为：使用混凝土剪力墙，厚度为50mm；在纵横两个方面，逐一完成单层配筋；剪力墙加固方式，是借助规格为10 mm螺纹钢筋固定在框架上。在研究试件结构性能期间，使用工字钢、剪力墙两种方式，分别从支撑、加固两个视角，测定试件性能，分析性能包括试件性能结构的破坏过程。

2.2 材料力学属性

三个试件，均为混凝土材料，强度规格确定为C30。混凝土的材料力学属性如表1所示。钢材料力学属性如表2所示。

表1 混凝土的材料力学属性

表2 钢材料力学属性

2.3 加载流程

运行电液伺服系统，针对试验三个试件增加横向荷载。作用器一侧连接于反力墙，另一侧使用高强螺杆固定在试件顶梁位置，横向荷载经由顶梁，将作用力传递给试件。试件地梁在地脚螺栓作用，在地面上处于固定状态。在顶梁两边分别完成侧向支撑设计，便于对抗加载程序中试件横向形成的位置偏差。

在试验开始前期，应系统性检查试件预加载情况，保障其加载、量测等应用处于常态。试验分别使用外作用力、位移相互交叉的控制方式，完成加载，试件在屈服前期，依据荷载控制效果，完成各类加载，每个等级循环一次荷载加载，在到达开裂荷载、屈服极限时，逐一减小加载值。当试件发生较为明显破坏现象时，停止试验。

3 试验方法

3.1 试件一

在加载初始时期，横向荷载未达到15kN，其中推力为正值、拉力为负值。试件在此阶段中尚未表现出裂缝问题。在荷载增加至15kN时，试件结构顶部、底部两个位置表现出细微裂缝问题。当荷载值达到21kN时，框架顶部、底部横向表现出新裂缝，梁柱节点位置表现出扩展式裂缝问题，裂缝具有交叉性，在框架底部、地梁连接固定位置均含有细微裂缝。

在荷载值增加至40kN时，试件一框架顶部、底部、中部各位置相继形成新的横向裂缝，梁柱节点位置表现出斜裂缝延展现象，框架达到屈服状态，屈服期间产生位置偏差值为30mm。在此之后，开展位置偏差控制荷载增加的试验，当荷载值增加值66kN时，试件一框架整体表现出较大的裂缝，梁柱节点出现多种贯穿式裂缝，同时存在混凝土掉落现象，试件一的性能测试结束。

3.2 试件二

在荷载施加初始阶段，横向荷载未达到60kN时，试件二未表现出裂缝现象。当荷载值增加至60kN时，在试件二加固剪力墙周边产生细小裂缝。当荷载值增加至80kN时，试件二框架柱底端位置形成横向裂缝。当荷载值增加至120kN时，试件二剪力墙裂缝数量、裂缝深度明显增加。当荷载值增加至140kN时，剪力墙结构表现出两个交叉式裂缝，梁柱节点位置表现出较多的细小裂缝。

当荷载值增加至180kN时，剪力墙裂缝较多，分布在墙面整体区域，梁柱节点位置裂缝有所加深。构件达到屈服时，屈服形成的位置偏差为18mm。在位置偏差控制施加荷载时，在位置偏差逐渐增加时，剪力墙裂缝、梁柱节点两个区域的数量有所增加，同时与墙面交叉裂缝汇合，剪力墙表面混凝土发生自然掉落，钢筋表现出屈服。当荷载值增加至350kN时，剪力墙表现出较为严重的混凝土脱落现象，甚至出现钢筋断裂，框架梁柱节点位置形成的裂缝较深，试件二横向荷载承受能力骤降。

3.3 试件三

对试件三开展荷载施加初期，横向荷载未达到50kN时，试件表面未形成裂缝问题。当荷载值增加至50kN时，在试件三框架柱底部形成了诸多细小横向裂缝。在荷载值逐渐增加时，框架柱底部、顶部逐渐形成新横向裂缝。当荷载值增加至80kN时，钢支撑呈现屈服现象，框架柱顶部、底部逐渐表现出横向裂缝延伸问题。

当荷载值增加至100kN时，钢支撑屈服现象逐渐呈现，框架柱中部呈现出横向裂缝问题，梁柱节点位置表现出其他方向的裂缝。当荷载值增加至125kN时，钢支撑屈服现象具有明显性，框架柱周边逐渐形成新型横向裂缝，梁柱节点位置表现出深度裂缝，在梁柱表现出不规律裂缝现象，试件三到达屈服状态。屈服产生的位置偏差量为25mm。在此之后试件三进入位置偏差控制荷载施加状态，当位置偏差达到50mm时，钢支撑屈服问题较为严重，支撑结构与节点板连接区域，在屈服作用下形成了断裂现象，框架柱横向裂缝逐渐增多，发生混凝土掉落现象，性能试验完成。

4 试验分析

探索三个试件的结构性能，以性能破坏形式为切入点。

4.1 试件一的破坏形式分析

试件一框架结构的破坏形式，与原有框架结构性能破坏具有相似性。试件一框架柱底部，在剪力、弯矩共同荷载作用下，产生了横向裂缝、梁柱节点位置表现出其他方向的裂缝。在试件一横向位置偏差增加时，框架表面、梁柱节点等位置，发生新裂缝，同时加深了裂缝严重性，由此形成混凝土掉落，试件性能受损。

4.2 试件二的破坏形式分析

试件二在横向荷载施加条件下，剪力墙裂缝问题较为严重，以交叉式裂缝为主，裂缝宽度逐渐增加，最终与框架梁柱节点位置形成的裂缝相互汇合。在横向荷载作用下，剪力墙性能破坏以抗侧力为主，提升了外部能量消耗。在剪力墙结构受损后，试件二形成次级抗侧力结构，用于抵抗横向荷载作用。在剪力墙结构受损后，其结构性能在短时间内骤降，由此加固试件承载能力有所降低。

4.3 试件三的破坏形式分析

试件三在横向荷载作用下，最先发生性能受损的是角钢支撑，在其后性能受损的是框架柱身、梁柱节点。试件三结构受损的形式，是以角钢支撑屈服受损后，由此加大了框架柱身、梁柱节点两个位置的裂缝严重性，形成混凝土掉落现象，造成试件性能受损。试件三加固形式为角钢支撑，具有双重抗侧力结构，横向荷载施加条件下，角钢支撑占据第一层抗侧结构，在其形变外部能量消耗的同时，角钢结构受损，加固试件性能有所下降。

经试验分析发现：

①试件一与原有结构性能具有相似性；

②试件二性能横向荷载临界值为60kN，相比试件一、二具有优异性能，由此确定了剪力墙对抗横向荷载的应用优势；

③试件三性能横向荷载临界值为50kN，角钢支撑具有一定加固效果。

5 结论

综上所述，在使用钢筋混凝土框架结构期间，应分别从横向承载力、侧向刚度两个视角，提升框架性能。与此同时，在加固期间，应回避横向作用力对框架结构产生的破坏作用。在加固完成时，应使其在纵横两个方面，均具有较高的形变对抗、能耗节约性能，以此达成钢筋混凝土框架结构性能优化目标。