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地震抗灾技术(5)

时间:2015-09-15  归属:我国地质地震灾害
 (六)抗震加固 

    为了保证年代较早的未设防建筑能抗御破坏性地震的袭击,需对它们采取加固措施。1977年12月,《工业与民用建筑抗震鉴定标准(TJ23—77)》(简称《鉴定标准》)正式颁布,成为指导全国抗震鉴定与加固工作的重要文件。为配合实施该标准而编制的《工业建筑抗震加固参考图集(GC-01)》和《民用建筑抗震加固参考图集(GC-02)》对推动全国的抗震加固工作起到了积极作用。1978年首次召开的全国抗震加固科研成果交流会后编制了《民用砖房抗震加固技术措施》。1985年,《工业与民用建筑抗震加固技术措施》经城乡建设环境保护部抗震办公室组织审查并推荐使用。至1987年底,全国已加固房屋近2亿平方米建筑面积,其中不少建筑在强震中显示了良好的抗震防灾效果,证明了抗震鉴定与加固工作的有效性。

    我国建筑抗震鉴定加固遵循的主要准则是:①设防标准略低于新建工程抗震设计的要求。即在遭遇相当于设防烈度的地震影响时,一般不致倒塌伤人或砸坏重要生产设备,经修理后仍可继续使用。在烈度8、9度时,强度验算的安全系数可降低15—30%(7度不降),而某些构造措施予以适当放宽。②对一般建筑依据当地的基本烈度进行抗震鉴定加固,次要建筑可降低1度(7度时不降),特别重要的建筑经批准可提高1度。③抗震鉴定加固的重点是建筑的整体抗震强度与变形能力,同时注意薄弱部位与易倒塌部位。④结合建筑现状与场地条件特征进行抗震鉴定加固,并对易造成次生灾害的部位采取措施。⑤在坚持安全可靠、经济合理的前提下,抗震加固应适当与改善房屋使用条件和建筑的美观相结合。

    我国建筑结构抗震鉴定遵循的主要程序:①据城市防灾规划要求、建筑的重要性及经济、技术条件的可能性,以不同的优先级别确定鉴定项目,并据当地基本烈度确定该项目抗震鉴定所采用的烈度。②抗震鉴定前先查明建筑原有的设计与施工资料、使用经历、材料的实际强度与当时的状况等。③对于未设防或设防烈度不足的建筑,按照规范进行必要的抗震强度与变形能力的验算。强度安全系数应按《鉴定标准》规定的降低值采用。④按《鉴定标准》各章的规定逐项评定建筑结构的抗震构造措施,得出评定结论,并指出应加固的部分与应采取的加固措施。

    抗震加固方法:通过带构造柱的半砖墙片试验与1/4比例的4层住宅楼动、静力试验,结果表明外加钢筋混凝土构造柱的多层砖房可提高变形能力2倍多,提高抗剪强度50%。当多层砖房中多数横墙抗剪强度不足,且其差值在20%以下时,可在墙段两端设置构造柱,并与墙顶圈梁或钢拉杆一起共同提高墙体的抗剪强度与延性。夹板墙(水泥沙浆与钢筋网水泥沙浆面层加固技术)主要用来提高砖墙的抗剪强度,同时也改善砖墙的脆性性质。砖墙表面加这两种面层后,据面层沙浆标号和厚度及配筋率的大小,墙体的刚度与抗剪强度将有不同程度的提高,其中抗剪强度可提高1—2倍。当墙厚不小于240毫米且砌筑沙浆强度不大于M2.5时,可采用1份水泥加0.7重量的水配成水泥浆进行压力灌注,以提高墙体抗剪强度(压力灌浆加固技术)。为避免水泥浆沉降,可在水溶液内加入2%聚乙烯醇或1%水玻璃作为悬浮剂,灌浆压力一般为0.2MPa。外加圈梁与钢拉杆可提高房屋的整体性并承受外墙的水平地震力。砖柱在内外侧用配筋水泥沙浆或钢筋混凝土面层加固后,可形成刚度较高的组合砖柱。框架的梁、柱可采用钢筋混凝土围套或用环氧树脂粘贴型钢方法加固,并按整体截面进行强度验算。采用围套加固时,结构刚度增大很多;用粘贴型钢加固,可使构件的强度与变形能力显著提高,且对结构刚度影响不大,施工方便又不影响房屋的正常使用。给框架柱增设钢筋混凝土翼墙或抗震墙,可明显提高结构的层间刚度和抗侧力强度。对于单层工业厂房,阶形柱的上柱强度不足时,可采用外加角钢框架加固,构架本身各肢应按压弯构件验算;柱牛腿抗剪强度不足时,可采用钢套箍或钢筋混凝土围套加固;厂房围护砖墙整体性不好时,应增设圈梁及锚拉等措施加强与主体结构的连接。尤其对厂房出入口上部的砖墙、墙梁与主体结构应特别采取锚固措施;多边型屋架上弦支撑宜采用K型支撑加固,防止折断。独立砖烟囱可采用钢筋水泥沙浆面层或扁钢网笼加固。

    桥梁震害是铁路的主要震害之一,我国第一部铁路工程抗震设计规范1977年才颁布试行,在此之前设计施工的铁路桥梁大多数未经抗震设防,均需进行鉴定加固。近20年来,铁路桥梁的加固,从横挡纵联发展到喷射钢纤维混凝土加固,取得了可喜的成果。从60年代邢台、河间地震后,在京津唐地区首先进行了铁路桥梁防止落梁的加固工作以来,到80年代末,按照铁路设计规范并参考有关图集与鉴定标准,全国铁路系统已完成了4000多座桥梁防止落梁的加固任务。对桥墩、基础和地基抗震性能的判别与鉴定加固技术复杂且工程浩大,因此这方面的研究开展较晚,但也已取得了铁路桥墩暗藏横断缝加固方案、桥梁震害预测方法、关于桥墩钢纤维混凝土抗震加固优化设计与施工的试验研究等项成果;还结合全国《铁路桥梁抗震鉴定标准》的编制工作,逐步开展了现有铁路桥梁抗震性能评定方法的研究,探索根据桥梁现状从整体上确定其抗震能力的方法。喷射早强钢纤维混凝土加固桥墩的优点是采用高压喷射工艺使新旧混凝土结合良好;钢纤维混凝土比普通混凝土干缩率减少5%—20%,可避免干缩裂缝;且由于钢纤维混凝土在凝结前后受振对后期的力学性能无不利影响,施工时对列车的运行限速仅为35公里/时,可较好地解决加固施工与正常运输间的矛盾。

    地下管线系统对城市人民生活与工矿企业生产的影响很大,其抗震问题早在1966年邢台地震后就引起了我国工程界的重视。自1974年开始,国家建委就组织编制与先后颁发了《室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范(TJ32-78)》和《室外给水排水工程设施抗震鉴定标准(GBJ43-82)》,自80年代始,国内不少单位对地下管线系统的抗震课题开展了理论与试验研究,取得了不少进展。固地下工程的施工较地面困难,对地下管线系统的抗震加固不宜期望过高,应据各单体的重要性与加固的可行性分别提出不同的要求,对系统中关键部位与重要单体应要求其具备良好的抗震性能,能在强震后保持完好;管网内一般构筑物应保证主体结构有足够的抗震能力,允许在强震时有局部损坏,但应不难修复;管网系统内对整体运行影响有限的某些管段或构筑物,加固难度较大且又能迅速抢修,或加固极为困难,或加固费用甚高时,可在一定范围内允许地震时遭到破坏,但应加强分割措施。

    各国规范中对地下管线地震反应的分析方法一般可分为两种模式,主要差别在于是否考虑管土间的相对位移。我国编制规范(TJ32-78)时,推荐了考虑管道土间相对位移的弹性地基梁模式。地下管线系统的抗震措施是一项系统工程,不仅量大、难度大,且耗资高。因此对已建的管线系统完全按抗震鉴定结果实施抗震措施的工程尚为数不多。因此,为了达到抗震鉴定目标和准则的要求,首先应在单体抗震鉴定的基础上,进行整体系统的震害预测,找出影响系统运行的薄弱环节,采取相应的抗震加固与防灾措施。但这方面的工作目前国内还开展得不多。据经验与研究,主要可从以下几方面提高管网的总体抗震能力:①增加管道的柔性连接,在管道与附件(如三通、四通、闸门等)连接处,及其与构筑物或设备的连接处尤应如此,这样可以提高管网适应地震动位移的能力。当管道与室内设备连接时,应将管道的柔性连接敷设在邻近室外的管段上,以防止地震时设备受到损坏。②增加分割措施,在必要处增设闸阀,以便及时分割遭受严重破坏的管段,避免坏管道影响管网整体运行与功能,同时也为震后抢修创造有利条件。③对重要的或容易造成重大次生灾害的管段,可增设套管,以减轻地震动的反应。④管线穿越铁路或公路时,应加设涵管(洞);穿越软硬差异大的两种土层时,应在交接面的软土侧加设柔性接头。⑤液化地基中的管线与构筑物,有可能受到液化的危害时,应采取相应的措施。对管线可用配重、旋喷桩、钢或钢筋混凝土桩等方法进行处理,以防止液化上浮和液化沉降的危害。

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