钢筋混凝土结构抗震加固浅析

关键词：钢筋混凝土 结构抗震 抗震鉴定 加固方法 

　　当前，世界多地区地震频发，对建筑物都造成了程度不同的损害，给人民的生命财产安全带来了诸多危险。为减少地震带来的伤害，加大建筑物抵御地震的强度，需要在建造建筑物时，加大抗震性能，确保建筑物在受到地震的损害时能够尽最大程度减小对人的伤害。因此，研究抗震技术、探究抗震方法，强化对建筑物抗震理论的研究，有助于丰富抗震性能的技术发展。 

　　1 研究背景 

　　建筑抗震设计主要是由于地球地震的发生及其所带来的损失。地震主要源于地壳结构的变化或者运动而引起的地壳岩层的破裂。发生地震后便从震源开始向周围传播振动波，振动波传到地面便对地面物体产生影响，即形成地面运动。比如，房屋的倒塌、山体滑坡、地陷等等都可能成为地震的后果。地震所产生的后果在学术上也被称作为地震反应。 

　　正是因为我国拥有广大的国土面积，并且我国正处在地球三大地震带中环太平洋地震带、欧亚地震带两地带之间的范围较广，在印度板块、太平洋板块和菲律宾板块的相互挤压下，导致我国地震频发，国土面积中60%的领域会受到地震的潜在威胁60%[1]，给人民的生命财产安全带来较大的挑战。根据有关地震研究机构的统计，针对全世界150多次大地震的分析，约有90%的人员伤亡和财产损失是由建筑物倒塌导致的，建筑物的抗震级别、建筑质量直接影响着地震对建筑物的损害程度[2]。因此，加固建筑物的抗震性能，提高建筑物的质量，是有效应对地震损害的重要举措，对当前建筑质量较差、属于危房等的房屋惊醒抗震鉴定和加固是亟需进行的一项重要二急迫的任务 [3]。 

　　2 地震基本理论 

　　2.1 地震的类型与成因 

　　从地震原因来分析，地震可以划分为五种：第一，人工地震。人工地震主要是由于人类活动而产生的地震现象，比如地下发生的核爆炸、工业爆破等等所引起的地面震动，越来越多的研究证明也兴修水库、开采油气等也有可能诱发地震。第二，诱发地震。诱发地震主要是因为油田注水和水库储水等因素而导致的地震，诱发地震基本上在油田或者水库等区域发生。第三，塌陷地震。塌陷地震主要是由于矿井发生塌陷或者地下溶洞出现陷落而导致的地震。塌陷地震发生的次数少，规模小，所产生的影响或者损失也小。第四，火山地震。火山地震主要是因为火山的爆发而导致的地震，比如气体爆炸和岩浆喷冲所产生的地震，火山地震一般情况下发生在火山活动区域。 

　　2.2 地震的强度 

　　在地震发生后，地震测量成为相关工作者的重要工作，地震测量主要是对地震进行评级，判断地震发生的强度。地震强度主要是通过震级进行衡量，地震震级主要是表现其强度的等级，一般利用M符号来标示。地震震级的高低与其所释放出来的能量多少有关，通过地震震级以体现地震的规模。同时每次地震的发生只能有一个地震震级指标。目前世界上常用的地震震级为里氏震级，里氏震级主要是指在镇中一百千米的位置所存在的地震仪所记录的振幅常用对数，振幅以A表示，它表示震动所产生的地动最大位移水平，其单位往往用m表示[4]。震级的计算公式表示为： 

　　（1） 

　　例如，不久前在我国新疆和田地区于田县发生了里氏7.6级的地震，幸好没有造成较大的人员伤害。 

　　地震发生后所产生的后果，即地震烈度。地震烈度主要是地震发生后，某地区建筑物及其他地面物体所遭受的影响程度，一般以I来表示。I的确定主要是根据人们对地震的感觉或者地面物品如家具发生振动的情况，以及建筑物所发生的破坏程度而综合确定。目前，在我国所使用的地震烈度分为12级，每次地震的发生只能产生一个震级，可所产生的地震烈度却有许多个。再者，地震烈度的大小主要跟某地和地震震中的距离有关，跟震中距离越远，其地震烈度将越小，跟震中的距离越近，其所产生的地震烈度则越大。地震中心区域的地震烈度最大，即震中烈度。在探讨地震烈度中，还有一个概念叫地震基本烈度，地震基本烈度主要是指某地一般情况下在未来某时期内可能遇到的最大的地震烈度。由于每个地区的地质条件、历史地震状况、地形条件等不同，它们的基本地震烈度也将有所不同。 

　　3 钢筋混凝土结构抗震加固综述 

　　3.1 建筑物加固改造的目的 

　　地震对建筑物造成损害的主要原因就在于建筑物的安全性较差、建筑质量不高、抗震性能较差。因此，对建筑物的可靠性进行检测，确定其能否抵御地震的损害，对抗震性能较差的建筑物进行加固，提高其抗震性能，有助于保护人民群众的生命财产安全。自20世纪50年代以来，政府有关部门就组织对抗震性能较差的房屋进行了加固，近几十年来，国内有许多建筑物得到加工加固的实例也是不胜枚举，积累了丰富了实践经验[5-7]。许多学者也发表了大量文献资料.对于如何加固房屋的结构、如何处理房屋构件的损坏等都提出了很多有益的技术，对于进一步推进防震技能都起到了非常大的作用。一般说来，对建筑物进行补强加固主要目的在于：（1）提高建筑物结构、构件的强度；（2）提高建筑物结构、构件的稳定性；（3）提高建筑物结构、构件的刚度；（4）提高建筑物结构、构件的耐久性。由于房屋的结构、构件的破损程度不同，补强加固的要求和目的也不甚相同。因此，在对建筑物进行加固时，应当有针对性的采取不同的加固技术、使用不同的加固方法及措施，有针对性加固这些房屋的坚固性，才能提高房屋的抗震性能。 　　3.2 钢筋混凝土抗震加固原则 

　　所谓抗震加固，实质上就是指，通过改善建筑物结构的构件、结构受力等途径，加固建筑物构件的坚固性，以提高结构的抗震能力，从而最大程度的减小地震对建筑物结构的破坏.其抗震加固原则如下： 

　　（1）总体效应原则。即在制定建筑物的加固方案时，应从整体上考虑整个建筑的加固效果，应避免出现局部构件加强而整体抗力下降的现象，这样的统筹规划有助于实现建筑物整体性抗震性能的最优化。（2）构件加固与结构体系加固的原则。当某些构件不满足安全度要求时必须进行加固，但结构体系的加固往往会被忽视.例如个别构件加固后引起刚度和强度分布情况的变化，应从整个结构体系安全的角度来考虑.另外结构构件之间的连接的加固对结构整体性的影响也是很大的[8]。（3）局部加固与整体加固的原则。当对个别构件加固后不影响整个结构体系的受力性能时，可以进行局部加固，例如设备爆炸引起个别梁板的破坏，这时只要将受破坏的梁板加固到原有抗力就可以。当结构整体不满足要求时，例如当结构在地震作用下的侧向变形不满足要求时，宜对结构整体进行加固[9]。（4）临时性加固与永久性加固的原则。临时加固的要求可降低一些，主要采取一些临时措施防止建筑物在短时间内能够实现理想的抗震效果。而永久性加固的要求应高一些，需要从整体和部分对建筑物的构件进行加固。 

　　3.3 建筑物抗震加固的程序 

　　关于建筑物的抗震加固，其有着一定的程序，主要表示在以下几个步骤： 

　　首先，按照当前的负荷要求、建筑物工程的现状、建筑物的设计图纸，在《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）的原则下，对现在已经存在的建筑物的抗震强度进行鉴定，对这些建筑物中所出现的不符合要求和现行规范的进行登记和改进指导。其实在鉴定过程中，一般涉及到两个方面的内容，第一，建筑物的整体结构满足没满足以上规范中的抗震要求，这主要涉及到建筑的结构方案、设防烈度等是否跟目前的规范相符。第二，建筑物中单个的构建满足没满足以上规范中的抗震要求，对这些构建的检测主要是通过水准仪、经纬仪、拔出仪、点荷仪、万向取芯机、原位轴压仪、裂缝显微镜、回弹仪、超声仪等仪器进行检测，对建筑物构建的却像和抗震强度进行评价，从而判断其性能。在对建筑物的抗震强度进行鉴定之后，根据鉴定结果设计出合理科学的加固方案[10]。其次，对已确定的加固方案，做进一步的细化。实地考察建筑物的整体抗震性能以及各部分损坏程度，绘制施工图纸，并对施工工艺、施工方法、施工用料、施工注意事项等提出具体的要求。尽量避免损伤原构件，以防止加固过程中对原有结构造成新的破坏[11]。最后，根据已绘制好的图纸、已准备好的建筑材料进行施工。施工要严格根据抗震加固的方案进行，根据图纸严格施工中用料控制，保证施工的整个进程在根据图纸要求的同时，又根据建筑物的实际情况进行必要的调整，适时修改加固的方案，完善加固的技术设计，保证建筑物的抗震效果能够达到需要。 

　　3.4 钢筋混凝土抗震加固技术 

　　3.4.1 传统抗震加固技术 

　　（1）增大截面法，又称外包混凝土加固法，通过在原混凝土构件外，叠浇新的钢筋混凝土，增大结构构件截面面积及配筋，达到提高结构的承载力和刚度的目的；加大截面法适用于混凝土柱、板、梁等结构构件。这样有助于扩大地震震动时力的承受面积，最大程度的减少震动对建筑物的损害。 

　　（2）外包钢加固法，是在加固构件四周包以角钢，从而提高构件承载力的一种加固方法，分干式外包钢和湿式外包钢两种形式。干式外包法，是指角钢直接包于被加固构件的四周，或虽然填塞有水泥砂浆，但不能保证结合面有效地传递剪力；湿式外包法，是指在角钢和被加固构件之间留有一定的间隙，间隙用乳胶水泥砂浆或注入结构胶填实。该方法可以在几乎不改变构件截面尺寸的情况下显著提高构件的承载力、增大延性和刚度。外包钢加固法适用于混凝土柱、梁等。 

　　（3）调整受力体系的建筑物加固技术，其主要是利用钢支撑、混凝土抗震墙等抗侧力构件将发生地震时建筑物结构所形成的受力结构进行改变，目的是将地震发生后的大部分作用力转移到钢支撑或者抗震墙上，使建筑物原构件承受非常小的地震冲击力，以达到加固的目的 [13]。 

　　（4）粘钢加固技术。粘钢加固技术主要是指通过结构胶或者粘结剂在混凝土结构的表明粘贴薄钢板，从而让混凝土跟钢板一起发挥作用，共同承受地震冲击力。这种加固技术一般应用于抗剪和抗弯承载力结构的加固。 

　　（5）其他加固技术。其他加固技术主要有剪力墙技术和增设支撑体系技术等等，主要是使整个建筑结构变得更加具有刚度，以增强其抗震强度。 

　　3.4.2 抗震加固新技术 

　　抗震加固技术主要包括以下三种： 

　　第一，基础隔震技术。基础隔震技术主要是指在建筑基础和建筑上部结构间安装系统的隔震装置，从而对地震所释放的能量进行阻隔，防止其向上传递，以预防对建筑上部结构造成损坏。基础隔震技术的具体执行主要表现在混合隔震技术、支撑式摆动隔震技术、滚轴和滚珠隔震技术、摩擦滑移隔震技术、叠层橡胶垫隔震技术等。目前，基础隔震技术在世界建筑中被广泛应用，其中美国加利福尼亚的著名建筑物“奥克兰市政大厅”在1989年旧金山7级地震严重受损后采取了基础隔震技术对其进行加固，到现在都矗立不倒。 

　　第二，消能减震技术。消能减震技术主要是指在建筑物结构上设计许多阻尼器，利用阻尼器将地震所释放出来的巨大能量进行消耗，从而减少这些能量对建筑上部结构的冲击，以防止对建筑物产生破坏。消能减震技术中比较常用的阻尼器主要有：黏滞液体阻尼器、黏弹性阻尼器、摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器等等。效能减震技术在世界上也是一种应用比较广泛的技术，相对于基础隔震技术具有一定的优势，主要表现为：技术执行过程中基本上是无湿作业，对建筑的正常使用不产生任何影响；确保了建筑物的原貌，实现了抗震水平提高和使用功能改善的双重目标 。 　　第三，高强聚合物砂浆+高强不锈钢绞线加固技术，此技术是最近几年来新发展出来的建筑物加固抗震技术。其主要是通过之前编制好的不锈钢绞线进行张紧，用膨胀螺栓固定在被加固的混凝土构件表面，然后抹20～40 mm厚高强聚合物砂浆。其原理是通过高强聚合物砂浆与被加固构件混凝土面的黏合力，将被加固构件所受到的外荷载作用力，传给高强不锈钢绞线承担。此技术具有耐火和不生锈、超强度的优点，因此，在世界上开始被许多建筑设计师所青睐。其将来一定会被广泛应用于建筑建设之中。 

　　4 结语 

　　总而言之，该文结合如何加强刚接混凝土结构的抗震级别，分析了钢筋混凝土结构中进行抗震加固的基本原则，而且对日常常用的钢筋混凝土加固方法进行了简单的介绍，并探讨了抗震加固的特点以及需要注意的问题，为钢筋混凝土结构的抗震加固提出些许建议。可以说，当前随着地震的频发，我国正面临着严峻的抗震形式问题，据国家地震部局的分析显示，自2006年至2020年，我国大陆地区发生10次左右7级以上地震的可能性极大；其中，东部6级、西部7级的地震危险区共计有27个，覆盖着全国22个省、市。毫不夸张的说，我国多省市都面临着较为严峻的抗震形势问题，人民的生命财产面临着较大的安全隐患，多次地震的结果也表明，抗震性能较差的如果房屋、工程设施和设备，地震后必将对这些建筑物造成巨大的损害。当前，随着国民经济的发展，人们防震意识的增强，对建筑物防震性能增强的研究越来越多，防震的技术方法也是不断提高，对于抗震性能增强的方法已由传统的方法更新为日益现代化的抗震方法。钢筋混凝土结构抗震加固技术的应用对于提高建筑物的质量、保证建筑物免受地震的损害大有裨益。钢筋混凝土结构抗震技术避免了传统抗震结构中“硬碰硬”的设计方法，其技术更为简单、减震的机理更加明确、抗震的效果更好，更有助于保证建筑物的安全。我们有理由相信钢筋混凝土结构抗震技术的研究也会越来越多，该技术的应用将会更加成熟。 

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