砌体结构抗震加固的一种新材料与新技术.pdf

第 2 8卷第 3期 2 0 1 1 年 9月 土木工程与管理学报 J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ma n a g e me n t V0 1 ． 2 8 No ． 3 S e p． 201 1 砌体结构抗震加 固的一种新材料与新技术 胡克旭， 倪 雪， 郭 斌 同济大学结构 工程 与防灾研究所 ， 上海2 0 0 0 9 2 摘要 结合近年来工程加固的实践经验和新型材料的开发应用， 提出采用水泥基高粘结、 低收缩、 自密实新型 加固用混凝土材料加固砌体结构的新方法。将这一新型加固材料和传统的砌体结构“ 夹板墙” 加固方法相结 合， 运用层内泵送灌注技术， 可以方便实现砌体结构的快捷加固。 关键词 砌体结构； 新型材料； 层内泵送 ； 抗震加固 中图分类号 T U 5 9 1 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 0 9 8 5 2 0 1 1 0 3 - 0 0 2 4 - 0 4 地震灾害是常见 的突发性 和毁灭性 自然灾 害。地震发生后 ， 会引起建筑物的破坏或倒塌 ， 也 会引起水灾 、 火灾等次生灾害， 这将破坏人类赖以 生存的自然环境 ， 并对人们的生命和财产造成严 重威胁 ， 产生 巨大的社会影响。 目前砌体结构常用 的加 固方法有 j 粘贴纤 维复合材料加固法 、 拆砌或增设抗震墙加固法、 修 补和灌浆加固法 、 双面钢筋网水泥砂浆加固法、 外 加柱加固法 、 包角或镶边加固法 、 支撑或支架加固 法、 隔震和消 能减震加 固法。粘贴纤维复合材料 加固法能够改善墙体的抗震性能， 但此法无法加 强墙体间拉结和结构整体性 ， 加 固中所用的胶粘 剂极其怕火 ， 温度达到 1 2 0 C时强度几乎完全丧 失 ] 。拆砌或增设抗震墙 加 固法能够使 墙体 的 承载力明显改善 ， 但前者需临时支撑 ， 施工麻烦 ； 后者往往由于增设墙体影响房屋使用。外加柱加 固法 、 包角或镶边加 固法一般是通过约束提高结 构整体性 ， 改善墙体的水平抗侧性能。双面钢筋 网水泥砂浆 面层加 固方法 俗 称夹板墙 是 目前 砌体结构加固中使用最为广泛 、 最为安全可靠 的 技术 。通过墙体两侧配筋 特殊情况也可单侧配 筋 ， 可有效提高砌体 的抗剪 和抗 压承载力。所 配钢筋通过纵横墙体的穿墙拉结 ， 还可有效解决 砌体结构 的抗 震构造 问题 圈梁和构造 柱 的作 用 ， 明显加强结构 的整体性 。但这种方法需分 层抹灰 ， 费工费时 ， 施工质量也难 以保证。因此迫 切需要开发一种适合地震灾区砌体结构房屋的快 捷加 固方法。 本文基于砌体结构加 固技术 的现状 ， 结合近 年来水泥基灌浆材料的开发应用和加固工程的具 体实践 ， 提出一种高粘结 、 低收缩 、 自密实的新型 加 固用混凝土材料 ， 与传统的双面钢筋 网水泥砂 浆面层加固方法相结合， 通过层内泵送灌注技术， 实现砌体结构快捷加固的 目的。 1 新型材料及基本性能 1 ． 1 新型材料 长期以来 ， 灌浆料作 为一种建筑材料普遍 应 用于机械设备安装和加固修补工程中。水泥基灌 浆材料是由水泥为基本材料 ， 适量的细骨料及加 入少量的混凝土外加剂及其它材料组成的干混材 料 。相 比于一般材料有很多优点 加入矿物掺合 料和各种外加剂后 ， 几种凝胶相互打接， 使得结构 较为致密 ， 无 大气孔 缺陷， 因此硬化浆体具有早 强 、 高强和抗 干缩性 能； 高流动性能 自动填 充孑 L 隙， 灌浆层 自流平整， 无需振动密实 ； 具有微膨胀 性 ， 可使灌浆料具有较高的界面结合力 ， 增强其锚 固能力； 由于早强 ， 用于设备基础灌浆， 2 4 h即可 开机运行 J 。但 目前 的水泥基灌浆材料追求高 强 2 8 d抗压强度不低于 6 0 MP a ， 用其加 固实际 工程中强度 不高 的结 构 混凝 土一般在 C 3 0以 下， 砌体强度更低 ， 二者很难协 同工作 ， 对结 构 延性有要求 的抗震加 固工程很不合适。另外， 这 种材料的成本相对较高。 本文提出的高粘结、 低收缩、 自密实新型加固 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 7 -0 4 作者简介胡克旭 1 9 6 4 ． ， 男 ， 山东莱西人 ， 博士 ， 教授 ， 博 导， 研究方向为工程结构抗火和建筑改造加固 E m a i l k e x u h u 1 6 3 ． c o i n 基金项 目国家科技 支撑计划项 目 2 0 0 9 B A J 2 8 B 0 2 ； 上海市城乡建设和交通委员会资助项 目 建科 2 0 0 8 - 1 3 第 3期 胡克旭等 砌体结构抗震加固的一种新材料与新技术 2 5 混凝土材料是在水泥基灌浆材料基础上开发出的 新型混凝土材料 ， 充分发挥水泥基灌浆材料施 工 优势 ， 更注重其作为结构材料的材料性能 、 加固方 法和加 固效果 ， 作为结构加 固的一种新型方法体 系加以推广应用。该方法用于结构抗震加吲具有 以下明显优点 1 取材方便。加固材料以水泥和砂石骨料 为主 ， 辅 以功能外加剂 ， 取材方便 ， 经济环保。 2 适用范围广 。加固对象 既适用于钢筋混 凝土结构 ， 又适用于砌体结构。加 固范围适用 于 各种受损情况 ， 也适 用于结构补强。构件加 固后 截面尺寸增加小 ， 不影响正常使用。 3 施工快捷。加 固材料 自流 、 自密 、 免振 、 快凝 ， 现场只要根据需要绑扎钢筋和架设模板 ， 将 加 固材料进行灌注即可， 且对原结构表面处理要 求不高。 4 效果 可靠。水泥基材料与混凝土 、 砌体 粘结强度高 ， 加 固效果可靠 。 5 耐候环保。无机水泥基材料环保 ， 耐久， 防火， 无需维护。施工无振动 ， 无噪音。 1 ． 2 新 型材料 性能 本文所研究的新型加固混凝土材料是在无收 缩高强灌浆料的基础上开发的， 因此将其与灌浆 料进行对 比， 可以更好 的了解新型混凝土的材料 性能。对 比试验所采用 的灌浆料性能为课题组前 期进行的南京特种建筑材料股份有 限公司生产的 U G M型无收缩高强灌浆料试验结果 ， 该灌浆料质 量良好 ， 所测项 目都能达到行业要求。新 型材料 与灌浆料试验结果对比如表 1所示 。 表 1 新型材料与 U G M灌浆料试验结果 2 新型材料加 固砌体结构 2 ． 1 抗剪承载力计算 为研究新型材料加固砌体结构 的性 能， 本课 题组通过 1 0片墙体加固试验和理论分析对新型 材料加 固的砌体墙片 的抗震性能进行 了研究 ， 对 比了不 同预震损程度下砌体墙经裂缝修补再加固 后的墙体承载力及抗震性能 ， 以及在不 同配筋条 件下加 固墙体承载力的变化规律。 结合课题组 的试验结 果 和文献 [ 4] 研究成 果 ， 新型材料加固砌体墙 的抗剪承载力可按下式 进行计算 ≤ 1 式 中 为剪力设计值 ； 0 r n为夹板墙 在 1 ／ 2层高 处恒荷载标准值产生 的平均压应力 ； A为原墙体 面积i 为夹板墙折算成 原墙体 的抗剪强 度 ， 简 称折算抗剪强度。 折算抗剪强度根据不 同的修复和加 固条件 ， 取下列两式中的较小值 当面层混凝土强度控制时， ， ， 2 m 4 s t 当钢筋控制时 ， ， 0 ． 2 3 _ ． 2 4 s t ， 上两式 中 t 为砂浆或混凝土面层的厚度 ， e m； t 为原墙体的厚度 ， e m； n为夹板墙的加 固面层数 ， 单面加 固时 n1 ， 双面加固时 n 2 ； J q 为面层砂 浆抗剪强度 ， MP a ， ． 0 ． 4 4 3 M ， M 是砂浆强 度等级 i 为原砌体抗剪强度 ， 如墙体已开裂 且不 修 补 ， 取 0 ； 为单 根 钢 筋 的截 面积 ； O L 为 原 砌体 墙损伤修复后抗剪承载力折减系数， 对于未损坏 墙体 ， 取 O L 1 ． 0 ； 对于中等损坏墙体 ， 取 0 ． 6 ； 对于严重损坏 墙体 ， 取 0 ． 3 ； S为钢 筋 问距 ， em 0 2 ． 2应用 方法 新型材料加 固砌体结构 ， 不仅可采用上述方 法提高墙体承载力 ， 还可通过增设构造柱 、 圈梁加 强结构的整体性 。当采用双面钢筋网面层加固墙 体时， 应采用图 1所示构造方式 同时加强纵横墙 体的拉结 ， 加强结构整体性 。采用新型材料加 固 砖柱时的形式如 图 2所示 ， 当仅采用新型材料加 强结构的整体性时 ， 可通过增设构造柱和圈梁予 第 3期 胡克旭等 砌体结构抗震加固的一种薪材料与新技术 2 7 加固用混凝土材料， 与传统的双面钢筋网面层加 固砌体墙的方法相结合 ， 通过层 内泵送灌注技术 ， 能有效实现砌体结构的快捷加固。 2 试验研究表 明 用新 型材料对墙体进行 加固后 ， 其承载力 、 变形能力等都有 明显的提高 ； 在无配筋加固情况下 ， 新型材料与原砌体墙之间 具有 良好的粘结性能 ， 但抗震性能不够理想 ， 增设 钢筋网片能使构件变形能力 明显提高 ； 原构件损 伤程度对其刚度 的影响非常明显 ， 墙体的原损伤 越大 ， 其加 固后的刚度损失也越明显 ； 损伤墙体加 固前对其进行裂缝修补可有效提高其抗剪承载 力 ； 加 固后墙体的承载力计算应考虑损伤程度和 裂缝修补的影响。 3 本文研究的新材料与新工艺既适用于钢 筋混凝土结构 ， 也适用于砌体结构 ； 既适用于震损 结构 ， 也适用于普通结构的加固， 可作为结构加固 的一种新型方法体系加 以推广应用。 参考文献 [ 1 ] 林震． 砌体结构房屋抗震加固评述[ J ] ． 福建建 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 O ] 筑 ， 2 0 0 4 ， 3 3 9 _ 4 1 ． 吴波， 万志军． 碳纤维布及胶粘剂的高温强度研 究[ C ] ∥第三届 全国钢结构防火及防腐技术研讨 会暨第一届全国结构抗火学术交流会论文集． 福 卅 f ， 2 0 0 5 3 8 6 3 9 4 ． 杜纪锋 ， 叶正 茂 ， 芦 令超 ， 等． 高性 能水 泥基灌 浆料 试验研究[ J ] ． 济 南大学学报 自然科学版，2 0 0 8 ， 1 1 1 1 4 ． 楼永林． 夹板墙 的试验研究 与加 固设计 [ J ] ． 建筑结 构学报 ， 1 9 8 8 ， 4 1 1 2 ． 郭斌． 新型混凝土材料加固砌体墙抗震机理分析 f D1 ． 上海 同济大学， 2 0 1 1 ． 郭建明． 新型 自密实混凝土材料加固砌体结构墙体 抗震性能研究[ D] ． 上海 同济大学 ， 2 0 1 0 ． 李明， 王志浩． 钢筋网水泥砂浆加固低强度砂浆 砖砌体的试验研究 [ J ] ． 建筑结构， 2 0 0 3 ， 3 3 1 0 3 4 3 6 ． G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1 ， 砌 体结 构设 计规 范[ S ] ． G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ， 建筑抗震设计规范[ S ] ． J G J 1 1 6 2 0 0 9 ， 建筑抗震加固技术规程[ S ] ． A Ne w M a t e r i a l a nd Ne w Te c hn o l o g y f 0 r S e i s mi c Re i n f o r c e me n t o f M a s o n r y S t r uc t ur e s HU Ke 一 ％ u，NI Xu e GUO Bi n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ， T o n i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Co mb i n e d wi t h t h e p r a c t i c a l e x p e r i e n c e o f e n g i n e e r i n g r e i n f o r c e me n t i n r e c e n t y e a r s a n d t h e d e v e l o p me n t o f n e w ma t e r i a l s ，t h e p a p e r p r o p o s e s a n e w me t h o d t o s t r e n g t h e n ma s o n r y s t r uc t u r e s ，u s i ng n e w t y p e s o f c e me n t b a s e d，h i g h b o n d，l o w- s h r i n k a g e a nd s e l f c o mpa c t i n g c o n c r e t e ． Co mb i n e d t h i s ne w t y pe o f r e i n f o r e e me n t ma t e r i a l wi t h t h e t r a d i t i o na l s t r e n g t h e n i n g me t h o d，we c a n f a s t e r r e i n f o r c e ma s o nry wa l l s wi t h t h e a p p l i c a t i o n o f l a y e r pu mpi n g p e ffus i o n t e c h n o l o g y ． Ke y wo r d s ma s o n ry s t ruc t u r e ；n e w ma t e r i a l ；l a y e r p u mp i n g ；s e i s mi c r e i n f o r c e me n t