某化工厂精萘框架结构鉴定和加固分析

1、某化工厂精萘框架结构鉴定和加固分析 1. 绪论 1.1 选题背景及意义 钢筋混凝土结构是目前人类使用最为广泛的结构形式,例如目前在我国混凝土的使用量已达到 500 多亿立方米,并且每年还在以相当大的速度增加。在工业建筑中其运用更为广泛 ,但是由于人为因素,自身老化和地理条件等影响结构在使用 30-50 年之后会出现一定的损伤和安全隐患。在这种情况之下,推倒建筑物重建需要投入大量的资金,一般采取加固措施或进行加层来降低产生安全事故的概率1。混凝土加固技术发展至今已经有了几十年,从二战结束到如今混凝土加固技术大致经历了三个发展阶段2,第一个阶段为房屋的大规模新建阶段,由于二战的进行,大规模的房屋倒

2、塌,在二战结束之后需要新建大量的房屋。第二个阶段为旧房屋加固改造和新房屋大规模建设并行阶段,随着技术的发展和人们生活质量的提高,以前老旧的建筑已经不能满足人们的要求,这就需要对旧建筑进行大规模的改造与加固,同时由于不断增加的人口数量,旧有的房屋数量也不能满足居住要求,需要建设大量的房屋来满足要求。第三阶段为房屋的维修加固和现代化改造阶段,这阶段产生的原因主要是越来越多的结构老化和旧有的结构形式不能满足现代化的生产生活要求。我国也会经历这三种阶段,根据现阶段的国情我国正在处于建设的第二阶段,并且逐渐的在向第三阶段过渡,我国现有的接近 500 亿平方米的房屋中一半房屋有老龄化现象,其中百分之二十到

3、四十的房屋需要进行相应的加固处理才能使其满足正常的生活和工作要求。所以结构鉴定和加固技术的研究在国家的建设发展中逐渐显得越发重要。 结构的加固技术随着房屋的结构学发展而发展,结构加固有多种原因,第一由于混凝土或砌体结构的设计理论是极限状态设计法,这种设计方法需要满足结构的安全性,适用性和耐久性等设计要求,但是由于施工质量和施工中各种限制等,最终的结构并不能够满足各种需求。比如由于施工方案选取不当,或者设计方案选取不当或者是由于在施工过程中结构的设计规范各种指标要求提高,再或者由于在施工过程中偷工减料使得结构中产生缺陷而导致结构耐久性和承载力不足。第二,有些结构在施工过程中由于种种原因需要改变其

4、使用用途,导致结构的荷载分布和荷载大小都与原结构不同,从而使得结构的刚度和承载力不能满足要求,所以需要对现有结构进行相应的加固。第三,我国现阶段有许多混凝土结构使用了 20 -30 年,结构已经产生了老化现象,其承载力和刚度在环境的影响之下都有一定程度的下降,针对这种情况需要对结构采取加固措施以保证其正常的使用。 最后由于人为或者自然灾害等原因比如地震,台风,海啸等对结构造成一定的损害,结构需要进行相应的加固3-5。 . 1.2 国内外研究现状 我国的混凝土加固处理起始于上个世纪五十年代,随着我国五十年代大批建造的工业厂房,民用建筑等的老化,还有频繁的自然灾害,近些年来加固技术得到了非常大的发

5、展。我国在多年对自身建筑物加固和对外国加固技术的学习当中,已经研究出了一套符合我国国情的加固方法,随之形成了比较配套的,系统的加固技术和工艺,同时还颁布了一系列的结构加固规范,如:混凝土结构加固规范等。但是近些年来,我国技术人员习惯于使用固有的加固技术,缺少对理论的进一步理论研究,加固水平提升较慢,总的来说我国的加固技术水平相对于西方国家来说还是较低,结构加固还有以下一些问题需要解决: (1)我国缺少结构加固的相关软件,在国外已经有一些被称为建筑指纹系统的结构智能分析系统用于结构的检测和分析,我国虽也有一些加固软件但是仍有许多的不足需要完善。 (2)从事实际结构加固的人员一般都是从事基础建设的

6、施工队伍,缺少相应的理论知识和工作经验,由于加固的复杂性,在实际的施工过程之中很有可能与设计图纸的要求产生偏差,造成实际结构和设计结构不同,从而达不到规范要求的情况。 (3)我国虽然有了一套加固规范,但是还是没有形成一整套结合了结构检测、鉴定和评估,加固方法,施工和质量评估等各个环节的完整标准体系。 (4)结构在加固之后其存在着二次受力问题,如:由于加固之前结构中已经存在着一定的弯曲和压缩变形,新加的结构部分要在施加了荷载之后才会出现应力,应变,所以新加的结构有一定的应力、应变滞后现象,导致新旧结构不会同时达到应力峰值,这就需要在结构加固前进行力的卸载。新旧结构同时还存在整体问题,其之间的剪力

7、有效传递问题急需解决。 . 2.结构的检测与鉴定 2.1 概况 某化工厂精萘框架建于 1993 年。采用混凝土框架结构体系。AD 轴为单层框架,平台高度为 11.480 米;DF 为错层框架,平台高度为 8.980 米、14.480米。框架总长 30 米,宽 15 米,横向柱距为 6 米,纵向柱距为 7.5 米。框架柱基础为钢筋混凝土独立基础,框架为露天无围护结构。外貌如图 2.1 所示。框架结构使用至今,出现不同程度的破损,如柱、梁等结构件出现破损现象。出于对该建筑安全生产的重视、关心,需对该框架现有结构进行可靠性鉴定,解决结构可能存在的问题,为该框架的加固处理或决策提供技术依据。 . 2.

8、2 鉴定依据 (1)综合鉴定标准 工业建筑可靠性鉴定标准(GB 50144-2008) 建筑抗震鉴定标准(GB 50023-2009) 危险房屋鉴定标准(JGJ125-99,2004 年版) 建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068-2001) (2)荷载及结构验算 建筑结构荷载规范(GB 50009-2012) 混凝土结构设计规范(GB50010-2010) 建筑抗震设计规范(GB 50011-2010) (3)检测 建筑结构检测技术标准(GB 50344-2004) 混凝土结构设计规范(GB50010-2010) 混凝土结构加固设计规范(GB 50367-2013) 钻芯法检测混凝土强

9、度技术规程(CECE03 :2007) 回弹法检测长期混凝土抗压强度(JGJT 23-2011) . 3.结构的加固分析. 26 3.1 加固方案的选择 . 26 /:请记住我站域名/ 3.2 加固后结构承载力的计算 . 26 3.3 SAP2000 对加固后结构承载力的计算的审核 . 29 3.3.1 SAP2000 软件的介绍 . 29 3.3.2 SAP2000 静力计算结果 . 29 3.3.3 SAP2000 与 PKPM 计算结果的对比小结 . 33 3.4 加固前后结构计算结果对比小结 . 35 4.结构的静力弹塑性分析. 37 4.1 静力弹塑性分析的

10、简介 . 37 4.2 静力弹塑性分析的原理 . 37 4.3 加固后 结构的弹塑性分析 . 38 4.4.静力弹塑性分析的结论 . 45 5.结论与展望. 46 5.1 本文的结论 . 46 5.2 展望 . 46 4.结构的静力弹塑性分析 由于本结构为错层结构,为不规则结构,结构薄弱部位在遭遇强震时可能导致结构发生严重破坏,故需要对其进行多种地震下的弹塑性分析40。本章选用SAP2000 软件对结构进行静力弹塑性分析(pushover),以探讨结构在强震下的抗震性能。 4.1 静力弹塑性分析的简介 静力弹塑性分析是指在结构的侧向单调递增的施加水平荷载,直至结构模型的控制点目标位移或结构破坏

11、为止。在每增加一级荷载之后,若结构产生了塑性铰,总体刚度将发生变化,则必须在更改结构的刚度矩阵之后再继续施加下一级荷载;该方法可以根据性能点处的最大位移和层间位移角,以及塑性铰的发展过程来衡量结构的抗震性能41-44。该方法相比非线性动力时程分析法来说,分析时间和计算量都大大的减少,而且分析结果更加稳定。荷载位移曲线不能用结构图上的一点的位移来确定代表结构抗震性能的“目标位移”,软件采用基于 FEMA356 的“目标位移法 ”和基于 ATC-40 的“能力 谱法”来将结构等效成单自由度结构体系。本文采用能力谱法,该方法的基本 思路是建立两条相同基准的谱线:一条是荷载-位移曲线转化而成的以谱加速

12、度 为纵坐标以谱位移dS 为横坐标能力谱,另一条为有中国规范加速度反应谱转 化而成aS -dS 反应谱,两条谱线的交点即为反应结构抗震性能的性能点。 . 结论 本文对某化工厂精萘框架结构进行了检测与鉴定,并且对结构进行了相应的加固处理,通过软件 PKPM 和 SAP2000 软件进行相应的验算得出了以下结论: (1)本文对某化工厂精萘框架进行了以下鉴定过程:技术档案的核实,结构现状的检查,包括结构框架的破损现状的检查,结构材料强度的检测,结构静力分析。经鉴定结构破损严重需要对其进行处理,对于破损较轻的构件进行钢筋除锈,保护层修补处理,对于破损较严重的构件还需进行加固处理。 (2)本文用外包型钢加固法对结构部分构件进行加固,通过结构的静力计算,加固的柱子轴压比明显降低,结构的整体刚度增加而导致周期减小。表明这种加固方式在修复了构件的同时还增加了结构的承载力和刚度。 (3)