中小学校舍抗震加固的应用研究.ppt

中小学校舍抗震加固的应用研究,导师：殷祥超 教授 答辩人：李雪玲,主要内容,绪论 建筑结构抗震加固的基本原理和方法 单跨建筑结构的地震响应分析 单跨建筑结构抗震加固技术研究 多层建筑结构抗震加固技术研究 结论和展望,研究的目的和意义,地震是一种破坏力极大的自然灾害，特别是地震中建筑物的破坏，给人们的生命和财产带来了极大的威胁。据统计，二十世纪以来，全球共发生8级以上的浅源地震50多次，直接死于地震的人数超过100万。2008年8月1日颁布实施的建筑工程抗震设防分类标准GB50223-2008中规定：“教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类”。2009年4月8号，中华人民共和国国务院办公厅发布了全国中小学校舍安全工程实施方案，要求全国各级政府和各个有关部门切实履行责任，重点关注中小学校舍的安全问题。,绪论,我国抗震加固技术的发展过程,绪论,第一阶段从1966年邢台地震到1976年唐山地震，是抗震鉴定与加固的试点起步阶段。,第二阶段从1976年至1989年建筑抗震设计规范的正式发布是，是抗震鉴定与加固蓬勃发展阶段。,第三阶段大致为建筑抗震设计规范开始执行至今，是抗震鉴定及加固综合发展的阶段。,本课题研究的主要内容和技术路线,绪论,对建筑结构震害形式和抗震加固方法进行研究,设计单跨结构的加固模型，进行结构固有特性和地震的时程响应分析,设计四层校舍结构的加固模型，进行结构固有特性和地震的时程响应分析,结构震害特征,框架结构框架柱顶部易产生水平裂缝、斜裂缝；柱根部易产生水平裂缝，斜裂缝和竖向裂缝；柱身中段水平断裂框架梁梁端易产生斜裂缝和竖向裂缝框架节点斜向裂缝 框架板板角斜裂缝 剪力墙交叉裂缝,建筑结构抗震加固的基本原理和方法,砌体结构墙体开裂，墙体交叉斜裂缝，水平裂缝，竖直裂缝 房屋局部倒塌，倒塌部位多集中在连接处，如房屋墙角和纵横墙连接处 房屋整体倒塌，底层先倒，上层随着倒塌；中、上层先倒，砸塌底层；上、下层同时散碎倒塌,结构抗震加固原理和方法,增设剪力墙加固法 提高结构抗震能力和减小结构扭转效应的有效方法。增大截面加固法 通过提高结构构件的刚度、强度、稳定性和抗裂性来达到加固的目的 粘贴纤维材料加固法 通过纤维材料和原结构的协同工作来达到抗震加固的目的。,建筑结构抗震加固的基本原理和方法,四层框架建筑结构的地震响应分析,层高：3.8m，进深：7.5m，走廊宽度：2.6m，开间宽度：8m，楼梯间宽度：4m，主体框架梁和框架柱的截面尺寸均：600mm600mm，中间横梁截面尺寸：500mm600mm，楼板厚：200mm。混凝土强度等级主体结构为C25；所用钢筋主筋均为HRB335级钢筋，箍筋均为HPB235级钢筋，楼板的配筋率为0.6%。框架柱的纵筋配筋率为1.11%，配箍率为0.36%，框架梁的纵筋配筋率为1.51%，配箍率为0.56%。,四层框架建筑结构的地震响应分析,四层框架校舍等效应变云图,多遇地震 X向,多遇地震 Y向,设防烈度 Y向,罕遇地震 Y向,设防烈度 X向,罕遇地震 X向,四层框架建筑结构的地震响应分析,设防烈度 X向,设防烈度 Y向,罕遇地震 X向,罕遇地震 Y向,结构裂缝图,单跨框架结构剪力墙加固,剪力墙加固方案,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层框架结构剪力墙加固,剪力墙宽度为结构进深的七分之三，厚度为200mm，每层增加6面剪力墙，共增加24面。所用钢筋强度等级均为HRB335，钢筋配筋率为0.6%。,四层框架结构剪力墙加固,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层框架结构剪力墙加固,设防烈度 Y向,罕遇地震 Y向,罕遇地震 X向,结构裂缝图,单跨框架结构增大截面加固,增大截面加固方案,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层框架结构增大截面加固,柱截面积增大为700mm700mm。加固所采用的混凝土强度等级为C30。主筋均为HRB335级钢筋，箍筋均为HPB235级钢筋，其中纵筋配筋率为1.5%，配箍率为0.4%,四层框架结构增大截面加固,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层框架结构增大截面加固,设防烈度 X向,设防烈度 Y向,罕遇地震 X向,罕遇地震 Y向,结构裂缝图,单跨框架结构粘贴碳纤维加固,粘贴碳纤维加固方案,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层框架结构粘贴碳纤维加固,框架柱两端，粘贴总面积为柱面积的五分之二，对框架结点粘贴碳纤维布，粘贴长度为梁长度的七分之一，楼梯间粘贴长度为梁长度的四分之一。,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层框架结构粘贴碳纤维加固,四层框架结构粘贴碳纤维加固,设防烈度 Y向,设防烈度 X向,罕遇地震 X向,罕遇地震 Y向,结构裂缝图,加固前后结构层间位移分析,多遇地震,设防烈度,罕遇地震,框架校舍加固前后各层相对位移,多遇地震下，粘贴碳纤维布结构的加固效果最好，两个水平方向的层间位移都是四种结构下最小的；设防烈度地震下，粘贴碳纤维布结构的层间位移较其他两种加固结构要大，但在水平X方向地震下仍起到了很好的抗震效果；罕遇地震下，增设剪力墙结构的加固效果最好，两个水平方向的层间位移都是四种结构下最小的。,四层砌体建筑结构的地震响应分析,层高：3.8m；进深：7.5m；走廊宽度：2.6m；教室开间宽度：8m；楼梯间宽度：4m；构造柱和主体圈梁的截面尺寸均为300mm300mm，每间教室另配两根横梁，横梁尺寸为250mm300mm，砌体墙厚：300mm，每间教室配两扇门，尺寸为2000mm1000mm，四扇窗户，尺寸为1500mm1500mm。构造柱和圈梁的混凝土强度等级为C25，主筋均为HRB335级钢筋，箍筋为HPB235级钢筋，砌体墙主要由MU10标砖和M5混合砂浆构成,四层砌体建筑结构的地震响应分析,多遇地震 X向,多遇地震 Y向,设防烈度 Y向,设防烈度 X向,罕遇地震 X向,罕遇地震 Y向,四层砌体校舍等效应变云图,四层砌体建筑结构的地震响应分析,多遇地震 Y向,罕遇地震 Y向,罕遇地震 X向,设防烈度 X向,设防烈度 Y向,结构裂缝图,单跨砌体结构粘贴碳纤维加固,粘贴碳纤维加固方案,本文研究中所采用台湾重亿L300-C型碳纤维布，在建模时选用了没有抗弯刚度的SHELL41膜结构单元。,单跨砌体结构粘贴碳纤维加固,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层砌体结构粘贴碳纤维加固,结构侧墙交叉方法粘贴碳纤维布，粘贴宽度为1100mm，结构前后墙开口四周粘贴碳纤维布，粘贴宽度为500mm，结构楼梯间后墙整面墙四周粘贴碳纤维布，粘贴宽度为1000mm。,四层砌体结构粘贴碳纤维加固,结构加固前后最大等效应力比较结果,结构加固前后最大等效应变比较结果,四层砌体结构粘贴碳纤维加固,设防烈度 X向,罕遇地震 Y向,罕遇地震 X向,设防烈度 Y向,结构裂缝图,加固前后结构层间位移分析,多遇地震,设防烈度,罕遇地震,多遇地震下，原结构最大位移为结构第二层，设防烈度地震下，原结构最大位移为结构第三层，罕遇地震下，原结构最大位移为结构第一层。粘贴碳纤维布后，结构最大位移除在设防烈度地震下，都要小于未加固结构，说明粘贴碳纤维布可以起到很好的抗震加固效果，对于设防烈度地震情况，还须加强结构的抗震设计。,砌体校舍加固前后各层相对位移,结论,对框架结构增设剪力墙抗震加固时，在设防烈度地震和罕遇地震下，结构层间位移、应力应变及结构裂缝都要远小于未加固结构，设防烈度水平X方向地震作用下没有产生裂缝，起到了很好的抗震效果。对框架结构增大柱截面加固时，在多遇和罕遇地震作用下的响应除水平X方向外，其余方向和强度的地震响应都要远小于未加固结构，且结构各种地震下的裂缝都要少于未加固结构。对框架结构粘贴碳纤维布加固时，除在设防烈度水平Y方向外，其余不同水平方向和强度地震下都要大于未加固结构。对砌体结构粘贴碳纤维布加固时，除在设防烈度下外，结构的整体抗震效果都要大于未加固结构，特别是在多遇水平Y方向地震下没有产生裂缝。综合比较分析，多遇地震下，粘贴碳纤维布抗震加固效果较好；设防烈度地震下，增设剪力墙和增大柱截面抗震加固效果较好；罕遇情况下，三种方法的抗震加固效果均较好。,展望,对结构进行有限元建模分析时，结构钢筋及各构件的接触处理还要更接近实际情况，对结构接触部位进行滑移处理等，这些都要在今后建模时加以考虑。对结构设计的不同方法的加固方案，并没有考虑到所有的加固方式，对结构整体进行加固时也仅是单一加固方法，在今后研究中可以全面设计不同加固方法方案，并综合不同加固方法的优点，对结构设计出最优的加固方案。结构抗震加固研究要与实际试验相结合，与实际试验结果进行比较研究，条件允许的情况下可以对结构进行地震试验，与数值模拟分析相结合，研究结构的抗震方法和效果。,谢谢,