第4節(jié)日本阪神地震震害鋼構(gòu)造建筑物的修復(fù)技術(shù)與實(shí)例

由于我國在震后鋼構(gòu)造建筑物的修復(fù)技術(shù)方面比較欠缺，本節(jié)中簡介一下日本在處理

震害鋼構(gòu)造口勺加固修復(fù)技術(shù)，以便為我們提供參照和研究價(jià)值，本節(jié)重點(diǎn)簡介了修復(fù)原則；

損傷處的補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)；提高抗震性能的補(bǔ)強(qiáng)措施；鋼構(gòu)造的修復(fù)實(shí)例。

本節(jié)中修復(fù)工程的構(gòu)造形式重要為冷彎方形鋼管柱，H型鋼梁，節(jié)點(diǎn)為帶懸臂H勺加強(qiáng)板形

式。

4.1修復(fù)原則

修復(fù)工程分兩類，恢復(fù)原構(gòu)造性能的補(bǔ)修工程和提高原構(gòu)造性能的補(bǔ)強(qiáng)工程。

補(bǔ)修原則

(1)恢復(fù)原狀

(2)消除裂紋、失穩(wěn)等損傷痕跡，屈服部不作為補(bǔ)修對(duì)象。但當(dāng)切除損傷部時(shí)應(yīng)盡量將屈

服部一起除去

補(bǔ)強(qiáng)原則

(1)在合適地增強(qiáng)剛度、承載力H勺同步，選擇吸取變形能量很好的方案。

(2)應(yīng)考慮建筑物隨年代推移H勺劣化和補(bǔ)強(qiáng)過程中對(duì)建筑物的損傷。

(3)以盡量減輕建筑物的重量為目的。

在修復(fù)工程中為以便施工，應(yīng)考慮如下施工條件設(shè)計(jì)構(gòu)件、細(xì)部和節(jié)點(diǎn)

(1)與否輕易拆除、吊裝、運(yùn)送，組裝。

(2)施工時(shí)H勺防火與安全性。

（3）防止損傷處以外的強(qiáng)度、剛度的下降。

（4）保證良好日勺質(zhì)量。

4.2損傷處的補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

圖4-1體現(xiàn)了鋼構(gòu)造建筑物的地震破壞的重要類型及其符號(hào)。圖中的CLJ2,B2等體現(xiàn)

柱、柱粱節(jié)點(diǎn)、梁的損傷類型。如IJI、J2分別體現(xiàn)粱上下翼緣焊接處的斷裂。圖4-2?圖4-6

體現(xiàn)對(duì)不同樣損壞狀況所采用R勺補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

圖4-2是柱子斷裂的補(bǔ)強(qiáng)、補(bǔ)修措施。首先設(shè)置抵御建筑物垂直荷載和水平荷載佐臨時(shí)

支撐，切除柱子的損傷部分，插入比原板厚的新構(gòu)件，然后實(shí)行焊接?？紤]到上下柱子軸線

的錯(cuò)位并以便平焊或橫焊，采用了在插人材上下加墊板形式和在內(nèi)部加頂板形式的兩種措

施。

圖4-3是當(dāng)上下翼緣斷裂時(shí)進(jìn)行修復(fù)的次序。對(duì)上翼緣，先進(jìn)行刨槽處理然后進(jìn)行焊接,

對(duì)下翼緣，先切除斷裂處，打坡I」，設(shè)置墊板后再進(jìn)行焊接。也可用三角肋在翼緣口勺兩側(cè)焊

接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

圖4”中的措施是用全新的托座替代損壞嚴(yán)重的托座，新托座H勺尺寸及孔洞位置完全按

原尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，此時(shí)需要對(duì)樓板簽鑿，對(duì)梁設(shè)置臨時(shí)支撐。

圖4-5是對(duì)翼緣、腹權(quán)和梁柱節(jié)點(diǎn)口勺復(fù)雜破損進(jìn)行補(bǔ)修H勺兩種措施。實(shí)例均為對(duì)下翼緣

補(bǔ)修，其中?例為梁翼緣與腹板受損，其他為梁端與柱子受損。施工分如下5個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)

行，（1）劃切除部分的三維切割線，（2）在切割線的拐角處打孔作停止記號(hào)，（3）用氣割法將損傷

部切除，（4）用砂輪等將切割口刨平，（5）將有坡口的鋼板按①②③的次序插入，用焊接法連接

拼裝。對(duì)于形狀復(fù)雜處采用了小板拼接法。在整個(gè)補(bǔ)修過程中，對(duì)梁、柱同步補(bǔ)修的I狀況不

多，重要是對(duì)梁的補(bǔ)修。南梁、柱節(jié)點(diǎn)H勺修補(bǔ)采用了用梯形新鋼板替代被切除掉H勺損傷部分。

增長水平梁腋既抵達(dá)了補(bǔ)修的目的I,同步也起到了補(bǔ)強(qiáng)的作用。

圖4-6中體現(xiàn)了對(duì)梁翼緣與腹板進(jìn)行補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)的狀況。對(duì)翼緣R勺修復(fù)一般采用切除損

傷部后用新鋼板替代的措施。對(duì)腹板加強(qiáng)層焊加勁肋以防止局部屈曲的發(fā)展，同步在翼緣兩

側(cè)對(duì)接焊與腹板同厚的蓋板。焊接采用二氧化碳半自動(dòng)現(xiàn)場焊。由于焊接條件惡劣，選用了

最優(yōu)秀的焊工施焊，并對(duì)焊接處進(jìn)行超聲波檢查。同步刈焊接中也許發(fā)生的火災(zāi)采用了防火

措施。

(VI/1皿#工11?1工業(yè)班1口甘依旦P714c-kl.3W/Kil

對(duì)斷裂處進(jìn)行再施焊同寬翼緣在翼學(xué)兩側(cè)增煌

刨槽加工三角肋

切除受損部分設(shè)置墊板后再焯接

對(duì)切割面進(jìn)行?

坡口加1:

fVl4o初?汜il皿&U.陽心cWr'L/&ria

圖

4

.

損傷補(bǔ)修方法林強(qiáng)方法4

梁

端

托

座

的

||和高強(qiáng)螺栓連接補(bǔ)

修

、

補(bǔ)

強(qiáng)補(bǔ)：有水平梁海強(qiáng)

損飭補(bǔ)修方法補(bǔ)建方法

強(qiáng)補(bǔ)：加水平梁敏

修補(bǔ)：不加水平梁腋

向/u+4-4心上HH土1/&+L口它

損傷補(bǔ)修方法林強(qiáng)方法

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4.3提高抗震性能的補(bǔ)強(qiáng)措施

卜面重要簡介在建筑物口勺修或過程中為提高建筑物歐J抗震性能增長的抗震構(gòu)件及其設(shè)

計(jì)措施。

增設(shè)Y型斜撐

Y型斜撐H勺設(shè)計(jì)原則：連接梁與斜撐交點(diǎn)時(shí)連接環(huán)H勺屈服應(yīng)先于斜撐H勺屈服；連接

環(huán)應(yīng)有足夠H勺延性及穩(wěn)定的滯回特性。這樣易于調(diào)整Y斜撐的剛度及承載力，易于設(shè)L,并

且Y斜撐起到了對(duì)反復(fù)地震荷截的阻尼作用，大大提裔了建筑物的抗震性能。

如下運(yùn)用圖4-7中的水平力（Q）層間位移角（R）的關(guān)系，闡明用Y形斜撐進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的

基本原理。（A）為原有單層框架的Q—R關(guān)系，當(dāng)加入斜撐的特性｛B）時(shí)，（A）曲線變?yōu)槿劬€

形的（C）曲線，這就是補(bǔ)強(qiáng)后口勺建筑物的復(fù)元力特性，第一折點(diǎn)為Y形斜撐的連接環(huán)材的屈

服點(diǎn)，第二折點(diǎn)為原有構(gòu)造的屈服點(diǎn)。在修復(fù)設(shè)計(jì)中合適選擇Y斜撐的特性，將新構(gòu)造H勺第

二水準(zhǔn)（指部分構(gòu)件可進(jìn)入塑性狀態(tài)但不影響建筑物的正常使用）地震特性值控制在第二折

點(diǎn)（C曲線上附▲符號(hào)）附近，此外考慮到補(bǔ)強(qiáng)工程中現(xiàn)場焊接中口勺困難以及對(duì)樓板的密鑿工

作會(huì)減弱（A邢J特性，因此用合適減少（C邢J剛度、承載力的復(fù)元力曲線特性值進(jìn)行計(jì)算，可

保證其抗震安全性。

用這種措施補(bǔ)強(qiáng)H勺建筑如再經(jīng)歷大地震時(shí):連結(jié)環(huán)將產(chǎn)生很大的塑性變形，吸取大量

的地震能量，而原有構(gòu)造上的重要構(gòu)件梁、柱等將不會(huì)出現(xiàn)很大損傷。因此在本次補(bǔ)強(qiáng)過程

中雖然有些構(gòu)件已經(jīng)屈服.也不會(huì)對(duì)抗震性能產(chǎn)生很大影響。

連接環(huán)在補(bǔ)強(qiáng)后日勺構(gòu)造中十分重要，他不僅可作為判斷構(gòu)造與否受損的尺度，并且由

于其節(jié)點(diǎn)細(xì)部被設(shè)計(jì)成易于替代H勺形式，地震后能迅速地恢復(fù)構(gòu)造的抗震性能。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想確定Y形斜撐形狀如圖4-8所示,該建筑具有圖4-7中所示H勺復(fù)元力

特性，估計(jì)連接環(huán)的剪屈將在中等以上的地震中出現(xiàn)。Y形斜撐分為2根斜撐，I個(gè)連接環(huán)和

3塊連接板，運(yùn)送為散件運(yùn)送，在工地用焊接連接和高強(qiáng)度螺栓連接進(jìn)行現(xiàn)場組裝。本加固

工程規(guī)模較大，除安裝斜撐以外，還必須在粱與連接環(huán)的節(jié)點(diǎn)處焊接兩塊節(jié)點(diǎn)板，在梁上增

長加勁肋。

m4n出,幾、，訓(xùn)士”同4c件

增設(shè)抗震柱

Y形斜撐用于大規(guī)模的補(bǔ)強(qiáng)工程，而對(duì)剛度、承載力增長規(guī)定不高的小型補(bǔ)強(qiáng)工

程，可采用增設(shè)抗震柱口勺措施。

圖4-9為增設(shè)H型鋼柱口勺施工例。將提成兩段口勺柱子運(yùn)入現(xiàn)場后用高強(qiáng)度螺栓組裝。

雖然在施工過程中，需要對(duì)樓板等鑿，對(duì)梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),但與Y型斜撐相比，其施工輕易得多。

設(shè)計(jì)思想為在地震荷載作用下，抗震柱先期屈服以吸取地震能量。其他補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)思想與Y型

斜撐相似。

4.4鋼構(gòu)造的修復(fù)實(shí)例

修復(fù)例IA樓

建筑物地上7層,建筑面積10300,檐高28.7m,1981年后來建造。

其構(gòu)造為純框架構(gòu)造?；A(chǔ)采用一柱一樁的PHC樁，直徑600.柱了?為方形鋼管

(SM490A)□—550X550,主梁為焊接H型鋼(SM490A)BH—800X300。損傷集中于南北方

向的中間層，鋼構(gòu)造損傷為梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫口勺斷裂，外裝修的損傷為連接PC板的扣件斷裂。

損壞類型分如下幾種，其中(1)?(4)類日勺損壞見圖4-10。

(1)梁下翼緣現(xiàn)場施焊焊縫H勺斷裂；

(2)梁柱節(jié)點(diǎn)腹板焊接處施焊用缺口的斷裂；

⑶梁腋用加勁肋的局部屈曲；

(4)梁柱節(jié)點(diǎn)處，加勁板與梁下翼緣H勺工廠施焊焊縫的斷裂:

(5)節(jié)點(diǎn)加勁板與柱子焊縫的斷裂；

(6)梁腋II勺加勁肋與下翼緣焊縫的斷裂；

(7)梁端部與連接板焊縫H勺斷裂：

(8)梁柱節(jié)點(diǎn)處與墊板連接處H勺裂縫；

(9)梁下翼緣的|局部失穩(wěn)；

(10)梁下翼緣板材斷裂；

(11)經(jīng)UT檢查上翼緣施焊處有缺陷;

(12)經(jīng)UT檢查下翼緣施焊處有缺陷。

各層梁柱節(jié)點(diǎn)的損壞率見表4-1,5層梁U勺破壞位置見圖4-1L

*41A4/9辦丹丑.匕40門?加

損壞個(gè)數(shù)節(jié)點(diǎn)數(shù)損壞率%

層

東西南北東西南北東西南北

7013840015

603556005.0

5085560013.3

40215560035.0

305556008.3

204556006.7

1035560033

合作044368400011.0

郃屈曲W緣II<7焊縫的斷裂

厲1/1八閂但班I

本建筑是按照新抗震規(guī)范設(shè)計(jì)，破壞程度為中等，因此修復(fù)工程以復(fù)原為目H勺。對(duì)以上

12種破壞類型總結(jié)了如下7種修夏措施(見表4-2):①對(duì)梁節(jié)點(diǎn)處，切除部分腹板和下翼緣,

然后進(jìn)行補(bǔ)修；②對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)，切除部分腹板和下翼緣，然后進(jìn)行補(bǔ)修；③對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)，切

除部分腹板和上翼緣，然后進(jìn)行補(bǔ)修；④在梁腋加勁肋的兩側(cè)增長補(bǔ)強(qiáng)用加勁肋；⑤增設(shè)兩

塊加勁肋；⑥將焊接損傷處刨平，重新焊接；⑦切除一部分柱子，進(jìn)行補(bǔ)修。

通過對(duì)斷裂處粗視組織的檢行，對(duì)硬度分布，再施焊時(shí)庫縫的型式進(jìn)行分析，認(rèn)為

對(duì)已塑性化的破裂處再度施焊不存在問題。

歷1dCA佻/々后+出號(hào)一嶼主

方法①②③④⑤⑥⑦

(1)(2)

損壞⑶

(10)⑼UI)⑼(7)(5)

類型(6)

(12)(8)(11)

■

7層00100001

6010.00113

5I32641118

441621331039

34111510022

23J01300017

120040006

合計(jì)1422651832106

IA/I411A4^U日9辦口購

補(bǔ)修例2B樓

建筑物地上7層，地下一層，建筑面積13000，檐高26.4m,1981年后來建造。

其構(gòu)造為純框架構(gòu)造、基礎(chǔ)為一柱一樁形式H勺現(xiàn)澆碎灌注樁，柱子為方形鋼管(SM490A)

□—450X450,主梁為軋制H型鋼(SM490A)B