陳 曦

(1 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 北京 100045； 2 清華大學(xué)土木工程系， 北京 100084；3 北京市建設(shè)工程質(zhì)量第二檢測(cè)所有限公司， 北京 100045)

0 引言

裝配整體式預(yù)應(yīng)力板柱結(jié)構(gòu)體系，簡(jiǎn)稱IMS結(jié)構(gòu)體系，由南斯拉夫塞爾維亞共和國(guó)于20世紀(jì)60年代提出，也是我國(guó)建設(shè)部“八五”科技成果推廣項(xiàng)目之一[1]。IMS結(jié)構(gòu)體系自重輕，樓板采用無(wú)梁預(yù)應(yīng)力平板，增大了樓層凈高，該結(jié)構(gòu)體系以后張預(yù)應(yīng)力鋼絲束為拼裝手段，將預(yù)制的樓板與柱擠壓形成一個(gè)均勻的雙向預(yù)應(yīng)力樓蓋，典型結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置如圖1所示。

圖1 典型結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置示意圖

IMS結(jié)構(gòu)體系裝配結(jié)構(gòu)機(jī)理是以預(yù)應(yīng)力鋼絲束為拼裝手段使板柱擠壓形成摩擦節(jié)點(diǎn)，樓板與框架柱之間的連接主要依靠摩擦力傳遞剪力，雙向預(yù)應(yīng)力布置保證了樓蓋結(jié)構(gòu)的整體性。地震作用下，板柱連接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)角變形，板端下部脫離形成瞬時(shí)裂縫，其變形模式見(jiàn)圖2；地震作用后，預(yù)應(yīng)力可使得節(jié)點(diǎn)基本恢復(fù)初始狀態(tài)，裂縫自動(dòng)閉合，具有良好的自復(fù)位性能。相對(duì)于傳統(tǒng)梁柱框架體系，預(yù)應(yīng)力板柱體系抗側(cè)剛度偏小，在建造多高層建筑時(shí)需配置一定數(shù)量的剪力墻。自1976年該結(jié)構(gòu)體系引入我國(guó)之后，在北京、沈陽(yáng)、唐山、成都、石家莊等地進(jìn)行了推廣，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)其設(shè)計(jì)機(jī)理、節(jié)點(diǎn)性能等進(jìn)行了研究[2-6]。值得注意的是，該類建筑多在我國(guó)20世紀(jì)80年代建造，其設(shè)計(jì)很難滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，因此有必要對(duì)該類既有建筑進(jìn)行抗震性能評(píng)估并進(jìn)行針對(duì)性的抗震加固。目前，針對(duì)該類建筑的抗震加固設(shè)計(jì)研究較少。

圖2 板柱連接節(jié)點(diǎn)變形模式示意圖

基于上述需求，本文以北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司C座科研樓工程為例，首先開(kāi)展了該類建筑的抗震性能評(píng)估，在此基礎(chǔ)上提出了一種傳統(tǒng)抗震加固手段與消能減震技術(shù)相結(jié)合的抗震加固方法，并通過(guò)數(shù)值分析驗(yàn)證該方法的可行性。

1 工程概況

北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司C座科研樓始建于1982年，是我國(guó)采用裝配整體式預(yù)應(yīng)力板柱-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)體系建造的第一棟高層建筑，建筑總高度42.60m，地下共2層(1層為設(shè)備夾層)，其中地下2層、地下1層層高分別為4.2m和2.1m；地上共12層，局部14層，首層層高4.5m，2，3層層高3.9m，4～12層層高3.3m，總建筑面積8 651.90m2，結(jié)構(gòu)模型如圖3(a)所示。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置如圖3(b)所示，②～④軸/～?軸軸線位置為現(xiàn)澆鋼筋混凝土核心筒，核心筒平面尺寸為12.6m×6.0m。X向剪力墻厚度為200mm，Y向剪力墻厚度為300mm，所有預(yù)制柱截面尺寸均為500mm×500mm，樓板(板肋)厚度為300mm。

圖3 C座科研樓結(jié)構(gòu)模型和標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度(0.20g)，Ⅱ類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地特征周期為0.30s，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。預(yù)制板、預(yù)制柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為400#，1～3層核心筒混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為300#，4～12層核心筒混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為250#，以上三種混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)[7](簡(jiǎn)稱混凝土規(guī)范)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)分別為C38，C28，C23。結(jié)構(gòu)后澆槽內(nèi)設(shè)置2～4束預(yù)應(yīng)力鋼絲束，每束由8～20根高強(qiáng)碳素鋼絲構(gòu)成。

2 既有建筑抗震性能評(píng)估

2.1 抗震檢測(cè)鑒定

根據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50023—2009)[8]要求以及建筑的實(shí)際使用需求，確定本工程后續(xù)使用年限為30年，即A類建筑。根據(jù)檢測(cè)單位出具的安全性檢測(cè)報(bào)告，鑒定結(jié)果如下：1)原有構(gòu)件材料強(qiáng)度及配筋情況能夠符合原設(shè)計(jì)圖紙要求；2)部分鋼筋外露、銹蝕，個(gè)別樓板存在開(kāi)裂問(wèn)題；3)鋼絲束與內(nèi)部鋼絲均與原設(shè)計(jì)圖紙相符，懸挑板未發(fā)現(xiàn)上拱或下?lián)?，預(yù)應(yīng)力筋束與錨具有浮銹情況，如圖4所示；4)采用應(yīng)力釋放法對(duì)測(cè)試層特定位置預(yù)應(yīng)力筋現(xiàn)存應(yīng)力情況進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示現(xiàn)存預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力實(shí)際為張拉控制應(yīng)力的60%，理論計(jì)算值應(yīng)為80%，測(cè)試值比理論計(jì)算值小了20%，結(jié)構(gòu)現(xiàn)存預(yù)應(yīng)力略有不足。

圖4 預(yù)應(yīng)力筋錨具銹蝕照片

建立結(jié)構(gòu)的PKPM模型對(duì)其進(jìn)行抗震驗(yàn)算，相關(guān)驗(yàn)算指標(biāo)按框架-核心筒結(jié)構(gòu)取值，抗震驗(yàn)算結(jié)果如下：1)結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角最大值為1/530，超出《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)[9](簡(jiǎn)稱抗規(guī))的限值1/800要求；2)首層剪力墻不滿足穩(wěn)定性要求；3)部分剪力墻抗剪配筋不足，未設(shè)置邊緣構(gòu)件，較多連梁剪壓比超限；4)結(jié)構(gòu)的剪力與傾覆力矩主要由剪力墻承擔(dān)，底層剪力和傾覆力矩占比分別為96.1%和94.4%(表1)。綜合考慮，判定結(jié)構(gòu)抗震性能不滿足要求。

底層剪力、傾覆力矩及相應(yīng)占比 表1

2.2 罕遇地震下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估

2.2.1 有限元模型的建立和地震波的選取

為了進(jìn)一步明確該結(jié)構(gòu)的抗震性能，采用PERFORM-3D軟件建立了結(jié)構(gòu)三維有限元彈塑性分析模型，如圖5所示。結(jié)構(gòu)基本動(dòng)力特性見(jiàn)表2，經(jīng)檢驗(yàn)，PERFORM-3D模型與PKPM模型的基本周期與質(zhì)量誤差均小于5%，表明PERFORM-3D模型具有一定的可靠性，能夠較為真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的基本特性。相關(guān)研究表明纖維模型具有較好的計(jì)算精度和效率[10-11]，可較好地反映結(jié)構(gòu)的非線性行為，本文在此也采用纖維模型模擬結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件?；炷恋膽?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用Mander模型[12]，考慮損傷和強(qiáng)度退化，在PERFORM-3D軟件中采用五折線模型，鋼筋則根據(jù)混凝土規(guī)范建議的本構(gòu)曲線在軟件中采用三折線模型。值得注意的是，結(jié)構(gòu)是通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼絲束使板柱形成摩擦節(jié)點(diǎn)，在地震作用下板柱節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的轉(zhuǎn)角變形，隨著轉(zhuǎn)角變形的增大節(jié)點(diǎn)的剛度會(huì)下降，當(dāng)轉(zhuǎn)角變形增大到一定程度時(shí)，板柱之間無(wú)法再傳遞彎矩，摩擦節(jié)點(diǎn)也無(wú)法再耗能，為了考慮此種情況，本文采用梁?jiǎn)卧M板肋[13]，并在罕遇地震下采用梁柱鉸接節(jié)點(diǎn)。

圖5 PERFORM-3D有限元模型

結(jié)構(gòu)基本動(dòng)力特性 表2

選取2條天然地震波和1條人工模擬地震波，其中天然地震波從美國(guó)太平洋地震研究中心(PEER)數(shù)據(jù)庫(kù)中選取[14]，包括CHY071臺(tái)站記錄獲得的Chi-Chi, Taiwan-04地震波(RSN2733波)和Shirley Library臺(tái)站記錄獲得的Darfield, New Zealand地震波(RSN6966波)，人工模擬地震波(簡(jiǎn)稱RG波)則采用軟件SIMQKE_GR生成[15]。值得注意的是，既有建筑后續(xù)使用年限一般小于新建建筑設(shè)計(jì)使用年限，仍按新建建筑確定地震作用則過(guò)于保守，一般宜根據(jù)其后續(xù)使用年限調(diào)整地震作用。因此，按照《建筑消能減震加固技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 547—2018)[16]規(guī)定的A類建筑地震反應(yīng)譜進(jìn)行地震波的選取以及后續(xù)分析時(shí)地震作用的確定，選取地震波時(shí)控制地震波反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜在0.9～1.35s范圍內(nèi)上吻合良好，相應(yīng)地震波的加速度反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜的對(duì)比如圖6所示。從圖6中可以看出，在結(jié)構(gòu)基本周期點(diǎn)上(1.344s)，3條地震波加速度反應(yīng)譜值與規(guī)范反應(yīng)譜值最大相對(duì)誤差小于35%，平均反應(yīng)譜誤差小于20%。從表3中可以看出，在多遇地震時(shí)，3條地震波作用下的基底剪力與規(guī)范反應(yīng)譜分析所得到的結(jié)構(gòu)基底剪力相對(duì)誤差不超過(guò)35%，3條地震波分析所得的結(jié)構(gòu)基底剪力平均值與規(guī)范反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果誤差不超過(guò)20%，符合抗規(guī)要求，表明本次選取的3條地震波可以用于后續(xù)的結(jié)構(gòu)抗震性能分析。

圖6 地震波加速度反應(yīng)譜與規(guī)范反應(yīng)譜的對(duì)比

多遇地震作用下結(jié)構(gòu)基底剪力對(duì)比 表3

2.2.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)

采用上述地震波進(jìn)行罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析，地震波采用水平雙向輸入，加速度幅值之比為1∶0.85，調(diào)整主次方向的地震波幅值分別為按后續(xù)使用年限折減后的340cm/s2和289cm/s2，結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的層間位移角分布如圖7所示。從圖7中可以看出，在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)X向最大層間位移角1/97，Y向最大層間位移角1/62，均不滿足抗規(guī)對(duì)于框架-核心筒結(jié)構(gòu)位移角限值1/100的要求，未能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范“大震不倒”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，抗震性能亟需提升。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)響應(yīng)較大，而預(yù)應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力不足，預(yù)應(yīng)力筋在罕遇地震下有可能被拉斷或剪斷而導(dǎo)致摩擦節(jié)點(diǎn)完全失效，此時(shí)摩擦節(jié)點(diǎn)將完全喪失耗能能力，樓板也有可能會(huì)整體掉落，結(jié)構(gòu)的豎向安全性得不到保證。

圖7 罕遇地震下結(jié)構(gòu)層間位移角分布圖

以響應(yīng)最大的RSN6966波為例，罕遇地震下豎向構(gòu)件基底剪力、傾覆力矩及相應(yīng)占比如表4所示。從表4可以看出，結(jié)構(gòu)基底剪力依然主要由剪力墻承擔(dān)，最大分擔(dān)比為96.7%，框架柱在罕遇地震下承擔(dān)部分傾覆力矩，最大分擔(dān)比約為29.8%。

表4 罕遇地震下豎向構(gòu)件基底剪力、傾覆力矩及相應(yīng)占比

2.2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷情況

參考ASCE 41-13[17]的相關(guān)規(guī)定對(duì)每類構(gòu)件設(shè)置立即入住(Immediate Occupancy，簡(jiǎn)稱為IO)、生命安全(Life Safety，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)S)和防止倒塌(Collapse Prevention，簡(jiǎn)稱為CP)3個(gè)性能目標(biāo)，通過(guò)達(dá)到各個(gè)性能目標(biāo)的構(gòu)件個(gè)數(shù)來(lái)識(shí)別構(gòu)件的損傷情況，各條地震波下達(dá)到性能目標(biāo)的構(gòu)件個(gè)數(shù)如表5所示。從表5可以看出，結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的部位主要為連梁，其次為剪力墻，框架柱損傷較輕，僅有較少的框架柱在RSN6966波下達(dá)到IO性能，核心筒充分發(fā)揮了第一道抗震防線的作用。以結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大的RSN6966波Y向?yàn)槔?，結(jié)構(gòu)共有175個(gè)連梁構(gòu)件，分別有42，24，37根連梁構(gòu)件分別達(dá)到了IO，LS，CP性能目標(biāo)，連梁構(gòu)件整體進(jìn)入塑性的程度較重，耗散了結(jié)構(gòu)的大部分塑性耗能，充分保護(hù)了豎向構(gòu)件；結(jié)構(gòu)共有229個(gè)剪力墻構(gòu)件，分別有1，8，10片剪力墻構(gòu)件分別達(dá)到IO，LS，CP性能目標(biāo)，剪力墻構(gòu)件的整體塑性損傷程度相對(duì)較輕，發(fā)生損傷的構(gòu)件主要集中在底部?jī)蓪?，但值得注意是底層部分剪力墻?gòu)件達(dá)到了LS和CP性能等級(jí)，這對(duì)結(jié)構(gòu)而言是不安全的，在后續(xù)加固時(shí)應(yīng)著重考慮增強(qiáng)其抗震性能；有9根框架柱達(dá)到了IO性能等級(jí)，全部位于首層，框架柱作為結(jié)構(gòu)的第二道抗震防線也耗散了部分的塑性耗能。

達(dá)到性能目標(biāo)的構(gòu)件數(shù)量 表5

通過(guò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定以及罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能做出以下4點(diǎn)鑒定結(jié)論：1)結(jié)構(gòu)整體剛度不滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求；2)構(gòu)件承載能力不滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求；3)結(jié)構(gòu)耗能能力差，罕遇地震作用下摩擦節(jié)點(diǎn)可能失效；4)罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)豎向安全性得不到保證。

3 抗震加固設(shè)計(jì)

3.1 加固措施

綜合考慮結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀以及后續(xù)使用年限需求，本次按8度(0.20g)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類、后續(xù)使用30年進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。多遇地震作用時(shí)，采用梁柱剛性節(jié)點(diǎn)、按框架-核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)；罕遇地震作用時(shí)，采用梁柱鉸接節(jié)點(diǎn)、按框架-核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。根據(jù)前述的抗震性能評(píng)估結(jié)果，本次加固確定了以下4個(gè)基本原則：1)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體剛度；2)加強(qiáng)構(gòu)件的承載能力；3)增加體系的耗能能力；4)保證結(jié)構(gòu)的豎向安全性，總體加固目標(biāo)為“小震不壞，大震不倒”。

結(jié)合加固原則與當(dāng)前常用的抗震加固技術(shù)方法，提出了以增大結(jié)構(gòu)剛度并設(shè)置消能減震部件為主的加固手段，以提高結(jié)構(gòu)整體抗震能力為目標(biāo)的加固技術(shù)方案，主要包括以下4種加固手段：

(1)針對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度不足、墻體承載能力不足等問(wèn)題對(duì)核心筒周圈剪力墻采用增大截面法加固，如圖8所示。核心筒周圈增設(shè)250mm厚鋼筋混凝土面層，有效增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體剛度，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，加固后結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的最大彈性層間位移角為1/913，小于規(guī)范限值1/800的要求，可以實(shí)現(xiàn)“小震不壞”的加固目標(biāo)。同時(shí)剪力墻的穩(wěn)定性、抗剪能力和連梁剪壓比等指標(biāo)也能夠滿足規(guī)范要求。以結(jié)構(gòu)主方向(Y向)為例，多遇地震作用下加固前后豎向構(gòu)件基底剪力、傾覆力矩及相應(yīng)占比如表6所示。從表6可以看出，增設(shè)250mm厚鋼筋混凝土面層后剪力墻承擔(dān)的基底剪力與傾覆力矩占比進(jìn)一步增大，剪力墻的基底剪力占比由95.9%增加到97.5%，傾覆力矩占比由90.6%增加到96.2%。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)層核心筒增大截面加固示意圖

表6 加固前后豎向構(gòu)件基底剪力、傾覆力矩及相應(yīng)的占比

(2)暗梁下粘鋼加固示意如圖9所示。對(duì)由預(yù)制板板肋和預(yù)應(yīng)力筋后澆槽組成的復(fù)合暗梁進(jìn)行粘鋼加固，這樣即使預(yù)應(yīng)力筋失效后也能夠保證樓板的整體性。此外，粘鋼加固也能夠提高正常使用極限狀態(tài)下暗梁的抗彎承載能力。

圖9 暗梁下粘鋼加固示意圖

(3)柱頭增設(shè)微型防屈曲支撐(Miniature buckling restrained brace，簡(jiǎn)稱為MBRB)示意如圖10所示。當(dāng)前，消能減震技術(shù)已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震加固中[18-20]，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和耗能能力，同時(shí)不占用建筑的使用空間，綜合考慮后選擇在各層板柱連接位置處設(shè)置MBRB補(bǔ)足體系短板，全樓共使用496個(gè)MBRB，MBRB技術(shù)參數(shù)如表7所示。多遇地震作用下，MBRB作為普通鋼支撐可為結(jié)構(gòu)提供一定的剛度，并代替鋼筋連接梁柱；罕遇地震作用下，MBRB利用板柱轉(zhuǎn)角的變形屈服進(jìn)行耗能，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耗能能力，解決了罕遇地震作用下摩擦節(jié)點(diǎn)耗能能力不足的問(wèn)題。

圖10 柱頭增設(shè)鋼牛腿及MBRB示意圖

表7 微型防屈曲支撐參數(shù)

(4)針對(duì)結(jié)構(gòu)豎向安全性不足的問(wèn)題，選擇在板柱連接位置增設(shè)鋼牛腿，如圖10所示。增設(shè)鋼牛腿可防止結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，預(yù)應(yīng)力筋被拉斷或剪斷，從而造成樓板整體掉落。

3.2 加固后罕遇地震下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估

為了明確結(jié)構(gòu)加固后的抗震性能，采用PERFORM-3D軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性分析，加固后結(jié)構(gòu)三維模型如圖11所示(本次改造在建筑外圍增設(shè)了玻璃幕墻并在建筑頂層增加了幕墻骨架)。加固前后結(jié)構(gòu)的基本動(dòng)力特性如表8所示，從表8可以看出，結(jié)構(gòu)的第1階周期從1.344s減小為0.911s，在增加了墻體厚度并增設(shè)了MBRB后，結(jié)構(gòu)的整體剛度明顯增強(qiáng)。采用相同的地震波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性分析，評(píng)估結(jié)構(gòu)加固后的抗震性能，主要包括層間位移角、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能狀態(tài)和各構(gòu)件的塑性耗能占比等。

加固前后結(jié)構(gòu)基本動(dòng)力特性 表8

3.2.1 加固后結(jié)構(gòu)響應(yīng)

以3條地震波中響應(yīng)最大的RSN6966波為例，加固前后結(jié)構(gòu)層間位移角分布如圖12所示。從圖12可以看出，加固后結(jié)構(gòu)的層間位移角響應(yīng)相對(duì)加固前顯著減小，結(jié)構(gòu)X向最大位移角由1/97減小為1/136，Y向最大位移角由1/62減小為1/110。加固后結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯提升，滿足“大震不倒”的加固性能目標(biāo)。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)層間位移角響應(yīng)的顯著減小，預(yù)應(yīng)力筋被拉斷或剪斷的概率也隨之減小，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)豎向的安全性。

圖12 RSN6966波加固前后結(jié)構(gòu)層間位移角分布

以地震響應(yīng)最大的RSN6966波Y向?yàn)槔?，加固前后豎向構(gòu)件基底剪力、傾覆力矩及相應(yīng)占比如表9所示。從表9可以看出，加固后剪力墻在罕遇地震下分擔(dān)的基底剪力與傾覆力矩占比進(jìn)一步增大，剪力墻的基底剪力占比由95.6%增加到96.3%，傾覆力矩占比由70.2%增加到73.8%。加固后框架柱仍然會(huì)承擔(dān)部分的傾覆力矩，最大占比大約為26.2%。

罕遇地震下加固前后豎向構(gòu)件基底剪力、傾覆力矩及相應(yīng)占比 表9

3.2.2 加固后結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷情況

加固后地震作用下各性能等級(jí)構(gòu)件個(gè)數(shù)如表10所示。以響應(yīng)最大的RSN6966波Y向?yàn)槔?，從?0可以看出，連梁仍然是主要發(fā)生損傷的構(gòu)件，但與加固前相比損傷程度減小，達(dá)到LS，CP性能等級(jí)的連梁個(gè)數(shù)分別從24和37減小為19和22，達(dá)到IO性能等級(jí)的連梁個(gè)數(shù)反而增大，這主要是由于結(jié)構(gòu)響應(yīng)減小，部分加固前LS和CP性能等級(jí)的構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)镮O等級(jí)。剪力墻構(gòu)件加固后達(dá)到LS和CP性能等級(jí)的個(gè)數(shù)為0，損傷程度顯著減小，這表明對(duì)于剪力墻的加固措施起到了較好的效果，充分增強(qiáng)了豎向關(guān)鍵構(gòu)件的安全性；加固后框架柱達(dá)到IO性能等級(jí)的個(gè)數(shù)由9減小為1，框架柱的損傷程度進(jìn)一步減小。從整體來(lái)看，加固后結(jié)構(gòu)構(gòu)件在罕遇地震作用下的損傷程度明顯減小，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了顯著改善。

加固后各性能等級(jí)構(gòu)件數(shù)量 表10

3.2.3 構(gòu)件塑性耗能占比

結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷程度與結(jié)構(gòu)的塑性滯回耗能密切相關(guān)，同時(shí)為了明確MBRB的耗能效果，以響應(yīng)最大的RSN6966波Y向?yàn)槔?，提取了各?gòu)件塑性耗能占比和9層某MBRB的滯回曲線，如圖13所示。從圖13中可以看出，連梁作為主要的耗能構(gòu)件耗散了大部分的塑性耗能，剪力墻和框架柱的塑性耗能幾乎相當(dāng)，這表明雖然框架柱損傷較輕，但已經(jīng)分擔(dān)了部分地震作用并開(kāi)始屈服耗能，發(fā)揮了二道抗震防線的作用。MBRB耗散了約10.22%的塑性耗能，單個(gè)MBRB滯回曲線飽滿，顯著地增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耗能能力，解決了摩擦節(jié)點(diǎn)在罕遇地震作用下耗能能力差的問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)起到了一定的保護(hù)作用。

圖13 RSN6966波Y向構(gòu)件塑性耗能占比與MBRB滯回曲線

綜合抗震驗(yàn)算以及彈塑性分析結(jié)果，工程采用4種加固手段顯著提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，實(shí)現(xiàn)了預(yù)先設(shè)定的“小震不壞，大震不倒”的加固目標(biāo)。

4 結(jié)論

(1)評(píng)估結(jié)果表明，20世紀(jì)80年代初期建造的裝配整體式預(yù)應(yīng)力板柱結(jié)構(gòu)體系加固前整體剛度不足、構(gòu)件承載力不足、耗能能力差、罕遇地震下結(jié)構(gòu)豎向安全性得不到保證。

(2)核心筒周圈剪力墻增設(shè)了250mm厚鋼筋混凝土加強(qiáng)層，有效增大了結(jié)構(gòu)剛度，解決了整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度不足、承載力驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求的問(wèn)題。

(3)柱頭增設(shè)微型防屈曲支撐，可以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的剛度和耗能性能，罕遇地震下塑性耗能占比達(dá)到了10.22%，形成了良好的耗能機(jī)制，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)延性，解決了板柱摩擦節(jié)點(diǎn)耗能不足的問(wèn)題。

(4)板柱連接節(jié)點(diǎn)增設(shè)鋼牛腿，可以解決罕遇地震下樓板防跌落問(wèn)題，有效地保證結(jié)構(gòu)的豎向安全性；暗梁粘鋼加固可在預(yù)應(yīng)力筋失效時(shí)，保證樓蓋結(jié)構(gòu)的整體性和承載力。

(5)采用傳統(tǒng)抗震和消能減震技術(shù)相結(jié)合的加固方法后，結(jié)構(gòu)罕遇地震下最大彈塑性層間位移角減小為1/110，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷顯著減小，實(shí)現(xiàn)了“大震不倒”的結(jié)構(gòu)加固目標(biāo)。