基于墙体抗震性分析的砖混结构鉴定加固设计思考

论文价格:150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:vicky 点击次数:
论文字数:42511 论文编号:sb2021072413410936517 日期:2021-08-12 来源:硕博论文网
本文对砌体墙加固方法进行了对比研究,给出了爆炸后砖混结构的检测鉴定方法和加固方案,并结合一则工程实例对加固方法进行验证,将理论与实际结合,解决了爆炸后结构抗震性能亟需鉴定和加固的实际问题,但受知识能力和学业时间所限,本文仍存在一些不足,对此展望如下:(1)本文虽然使用合理方法对现场构件进行检测分析,但仅仅通过现场检测的数据结果来确定爆炸过程是不深刻的。由于爆炸是一个相对较为复杂的动态过程,其过程中存在许多不可控因素,如何准确地建立可还原真实场景的结构模型是今后研究的重点;

第 1 章 绪论

1.1 研究背景
近几年来,世界上发生过成百上千次的爆炸事件。一旦爆炸伤及建筑物本身,人民的生命财产和日常生活都将遭受巨大影响,其中最重要一点,拆除重建受损建筑物需要大量的建筑材料,浪费资源,采取合适的方法对建筑进行加固,延长使用寿命是可持续绿色发展的必然要求。因此,普通民用建筑受损后如何快速恢复使用功能以及对建筑材料加固提升性能的研究是当今工程学术界所共同面临的挑战。
爆炸本身带来的破坏大,范围广,对影响范围内的事物会造成难以估量的巨大损害[1]。国内外此类事故层出不穷,上世纪的美国,较为典型的是某市政府的办公大楼不慎爆炸(如图 1-1),惨案发生的原因在于建筑本身关键支撑柱被严重炸坏,导致建筑上的荷载无法正常传递到其它相邻构件上[2-3](如图 1-2)。因此,当建筑结构局部的主要承重构件发生了严重破坏时,必须采取有效措施保护整体结构的稳定。同样在我国,天津 8.12 瑞海公司危险品仓库港爆炸事件带来的冲击,造成了整幢大楼的倒塌(如图 1-3),经济损失严重。
图 1-1 大楼因爆炸大部分坍塌 图 1-2 关键支撑柱因爆炸损坏
图 1-1 大楼因爆炸大部分坍塌 图 1-2 关键支撑柱因爆炸损坏
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1.2 受损后结构安全性鉴定与加固的意义
砖混结构作为我国长期发展经济中较为主要一种建筑结构,在我们生活中很常见。其中钢筋混凝土的构件耐久性好,彼此之间连接良好,可以增强结构的整体性,建筑的主体结构使用寿命也会随之增加。当建筑物发生意外事故受损时,钢筋混凝土构件则具有较好的整体性,可以最大程度保护建筑物避免在受损时由于外力作用而使整体垮塌的危险。
对于砌体而言,其材料性能会因为外力介入而受到破坏。当损坏发生后,建筑构件并不是立即丧失全部承载力,可能只是部分建筑构件受到损伤,整体结构并无大碍,受影响程度与诸多因素相关。
如何处理因遭受意外事故而损伤的建筑,是一个有待商榷的话题。盲目拆除和不合理的加固,都是不安全不经济的做法,要综合多方面原因,给出一个科学处理方案。
怎样做可以恢复建筑结构的使用功能,发挥其本身拥有的作用,继续让其为我们提供服务,如何对待受损建筑是当下我们需要研究的问题。
鉴定加固这一行业伴随人类发展已有几千年,自人类建造第一栋建筑起,加固就应运而生,其将伴随建筑物一生而存在。但在发展的初期阶段,加固并没能引起人们过多的重视,人们对加固的认识长久停留在对建筑结构的简单修补,并没有形成系统的知识体系,很多相关方向研究存在空白。但随着近来社会的不断进步,越来越多的学者认识到这一点,建筑加固专业也迎来了新的生机,在国内外蓬勃发展。
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第 2 章 有限元模型建立及验证

2.1 有限元基本理论
在 CAE 基础上分析计算是有限元的特点,其通常含有前处理、模拟分析和后处理几个步骤。本文研究的墙体是砖砌体结构,由于缺乏对砌体应力应变曲线的研究以及本身的复杂性,至今未能有一个准确的定论,所以面对这类问题时,选用有限元计算较为合理。在众多有限元软件中,ABAQUS 软件无疑是较为突出的一个,其软件本身所拥有的能力,可帮助我们分析解决现实中不易实现的各类工程问题。由于该软件无论对线性问题还是非线性问题包括复杂的动力问题在内,都可以很好的处理,已逐渐受到使用者的追捧与青睐;又因其本身所含有的材料、单元模型较为成熟,可较为有效的处理航天军工、高分子材料、土壤岩石、以及各类工程等问题,使其在各个领域表现突出,正被越来越多的科研人员所认可。
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2.2 有限元模型建立步骤
2.2.1 单元类型选取
模型中砌体混凝土单元均采用 C3D8R 积分单元,钢筋均采用 T3D2 单元。单元类型选择对于模型的计算影响很大,合适的单元可以在模型计算中减少运算时间,提高计算精度,模型中计算单元类型具体示意图如下图 2-1、2-2 所示。
图 2-1 C3D8R 单元 图 2-2 T3D2 单元
图 2-1 C3D8R 单元 图 2-2 T3D2 单元

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第 3 章 不同加固方式下砌体墙抗震性能对比...............................21
3.1 引言..................................21
3.2 两种加固方式简介.......................21
第 4 章 建筑物爆炸后结构检测与鉴定.........................33
4.1 理论研究与现场情况调查.............................33
4.1.1 工程实例概况····························33
4.1.2 结构损伤调查及缺陷普查····················34
第 5 章 爆炸后结构加固设计....................................49
5.1 结构加固原则...................................49
5.2 结构加固设计方法.............................49

第 5 章 爆炸后结构加固设计

5.1 结构加固原则
对爆炸后结构的加固就是通过选择适当的方法来弥补受损构件的承载力,使其功能得到最大程度的恢复。加固的原则如下[60]:
(1)从整体角度出发考虑问题,要将工作重心从具体结构转移到整栋建筑,宏观考虑结构总体受力。
(2)构件受损后依然会有剩余承载力,应尽量利用原承载力加固,避免对结构产生二次损害。
(3)多样化是现在加固方案的特点,制定加固方案的时候要对其进行优化,最大程度发挥加固的作用。
(4)我国国土面积庞大,抗震设防面积也相对较大。选择加固方式时要与抗震设防相结合。
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结论


本文利用有限元分析法研究两种不同加固方法对砌体墙抗震性能的影响,确定了砌体墙加固设计的最优方案,以实际砖混结构爆炸后检测鉴定和加固设计工程项目为例,给出了结构检测与鉴定方法,基于上述研究针对有必要加固的结构展开加固方案设计,主要结论如下:
(1)利用 ABAQUS 软件建立砌体墙模型,并选取相应试验的荷载-位移与承载力数据验证了模型有效性。在此基础上,分别对两种砌体墙加固方法进行数值模拟,结果表明,利用两种加固方法加固砌体墙后的抗震性能均有所提高,但钢筋网片加固比扶壁柱加固各方面提升效果更显著,确定了钢筋网水泥砂浆面层加固的优越性;
(2)以实际遭受爆炸损伤的砖混建筑为例,在现场检测的基础上,对受损关键构件进行详细评级,得出地基基础评级为 Bu,上层承重结构评级为 Cu,则对整个建筑物做出整体综合评级为 Csu。根据建筑鉴定评级结果,对建筑作出适修性评级为 Br,需要对建筑进行加固;
(3)得出不满足规范要求的构件位置,对评级为 cu、du级的构件,选取安全可行的加固方案。通过 PKPM 软件对加固方案进行验算,对比规范标准,结果表明加固设计满足要求,证明该方法合理安全。
参考文献(略)


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