淺談外包鋼加固的加兩層鋼框架結(jié)構(gòu)的有限元模型的建立

蒲靜

摘 要：以實(shí)際工程為背景，在驗(yàn)證有限元分析的正確性的基礎(chǔ)上，建立原有三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（YSC）模型，加兩層鋼框架結(jié)構(gòu)（JLC）模型，外包鋼加固的加兩層鋼框架結(jié)構(gòu)（WBGJLC）模型，為后后面研究外包鋼加固對(duì)加層結(jié)構(gòu)的抗震性能的影響打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：加兩層鋼框架;外包鋼加固;抗震性能

1 緒論

土地作為城市化和城市建設(shè)的載體，支撐著每一項(xiàng)城市化過程和城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)。隨著全球經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，促使人們對(duì)建筑功能和居住條件要求的提高，住宅建筑需要較大的室內(nèi)活動(dòng)中心，商業(yè)建筑需要較大空間的會(huì)議室，而現(xiàn)有的低層和多層的建筑已不能滿足人們的需求。如何開辟新的發(fā)展空間、地域范圍和保護(hù)環(huán)境已成為各大都市可持續(xù)發(fā)展的必然要求。在這些疑問下出現(xiàn)在原有結(jié)構(gòu)上加鋼結(jié)構(gòu)這一方法，有效的解決了以上問題。[1]

但是加層結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的剛度有著很大的差別，使得上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的連接處成為薄弱層，[2]則需要對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。對(duì)下部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固的方法有：加大截面加固法、外包鋼加固法、碳纖維布加固法、外部粘鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法、錨貼鋼材加固法、增補(bǔ)受拉鋼筋加固法。[3]本文將采用外包鋼加固法對(duì)加兩層鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。外包鋼加固是在上部輕鋼結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的連接層的梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)端500mm及柱端500mm范圍內(nèi)黏貼鋼板，將梁端用角鋼包住，并用鋼板焊接將其拉結(jié)，然后使用粘鋼膠將鋼板與混凝土之間的空隙填滿;節(jié)點(diǎn)柱則用焊接鋼板與膨脹螺栓共同固定角鋼，并使用粘鋼膠將鋼板與混凝土之間的空隙填滿，如圖1所示。運(yùn)用ABAQUS有限元軟件建立外包鋼節(jié)點(diǎn)模型如圖2。

2 有限元整體模型的建立

某辦公樓長度為16.8m，寬度為7.2m，層高為3.6m。其結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖3所示。運(yùn)用ABAQUS有限元軟件建立原有三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型（YSC），加兩層鋼框架結(jié)構(gòu)模型（JLC），外包鋼加固的加兩層鋼框架結(jié)構(gòu)模型（WBGJLC）如圖3。

本次模型分析中，混凝土本構(gòu)關(guān)系采用塑性損傷模型;鋼板和鋼筋本構(gòu)關(guān)系都采用其中的雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型。對(duì)于單元類型，混凝土、鋼柱采用三維八節(jié)點(diǎn)減縮積分格式的實(shí)體單元（C3D8R）;鋼筋采用三維2節(jié)點(diǎn)線性桁架單元（T3D2）;外包鋼采用四節(jié)點(diǎn)減縮積分殼單元（S4R）。對(duì)于相互之間的作用，鋼柱底板與混凝土柱之間的接觸設(shè)置為綁定約束（Tie）;由于外包鋼與混凝土之間是用粘鋼膠連接，所以在本次模擬中將外包鋼與混凝土柱和梁之間的接觸設(shè)置也為綁定約束（Tie）;對(duì)鋼筋使用嵌入?yún)^(qū)域約束（Embeded ergion）嵌入混凝土中，不考慮兩者之間的粘結(jié)滑移。

構(gòu)件截面尺寸見下表，其中，Z1、L1～L3 為原鋼筋混凝土柱梁，GZ1、GL1～GL4為加層鋼柱、鋼梁。外包鋼WB1～WB3厚度為2mm，外包角鋼WBJG1～2為50mm×50mm，WBJG1長度為500mm，WBJG2長度為1000mm。

3 結(jié)語

外包鋼加固法適用于不能過大增加混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸，而又需要大幅度提高其承載力、增大其剛度和延性。一般用于鋼筋混凝土承重構(gòu)件等，尤其適用于加固大型和大跨度結(jié)構(gòu)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是受力可靠，工期短，現(xiàn)場工作少，施工方便;缺點(diǎn)是用鋼量的增大而提高成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]王璇.混凝土結(jié)構(gòu)頂部鋼結(jié)構(gòu)加層的參數(shù)分析[D].同濟(jì)大學(xué)，2008.3.

[2]王維.建筑輕鋼增層結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)共同作用分析[D].西安科技大學(xué)，2008.4.

[3]趙磊.鋼筋混凝土框架加層改造中的加固方法及應(yīng)用研究[D].西安科技大學(xué)，2009.