中山学校抗震加固

中小学砖混结构校舍一般采用单侧外走廊或内走廊的建筑平面布置形式。由于需要满足通风、采光、建筑空间等建筑功能方面的要求，一般大房间多、窗户大、纵墙开洞率高、窗间墙宽度不满足要求，所以导致抗震横墙少、纵横向刚度不均匀、地震时扭转效应非常明显、抗震性能差，地震时很*遭到破坏。汶川地震发生后，党和**高度重视中小学校舍作，指出要把中小学校舍建设较程。2009年4月，**办公厅下发了《全国中小学校舍程实施方案》。 

　　二．砖混结构校舍的抗震鉴定 

　　（一）抗震鉴定中砂浆强度的测定 

　　砖墙抗剪强度是影响砖混结构抗震性能的主要因素之一，而砂浆强度是衡量墙体抗剪强度的重要指标，砂浆强度的高低直接影响着砖混结构抗震性能。由于时间紧、任务重，现场一般采用回弹法测定砂浆强度。回弹法测定砂浆强度具有操作便捷、测试快速等优点，适合进行量大面广的砂浆强度现场检测。回弹法测定砂浆强度的基本原理： 

　　1、选定检测单元及检测区域 

　　将建筑物划分为若干独立的结构单元，每个结构单元划分为若干检测单元，一个检测单元一般随机选择6个测区，一个测区随机布置5个测位，在每个测位均匀布置12个测点。 

　　2、检测步骤 

　　（1）清除砂浆弹击点表面的粉刷层、勾缝砂浆等杂质，打磨平整并清除其上的灰尘。 

　　（2）使用回弹仪在每个弹击点处连续弹击三次，仅记录最后一次读数。 

　　（3）用浓度为1％的酚酞试剂和游标尺测量每个测位内的碳化深度。 

　　3、数据分析 

　　（1）剔除12个回弹值中的较大值和较小值，求得剩余10个回弹值的平均值。 

　　（2）计算每个测区的平均碳化深度，取5个测位测量值的平均值。 

　　（3）依据公式换算各个测位的砂浆强度换算值。 

　　4、砂浆强度等级的推定 

　　（1）分别计算各个检测单元的强度平均值、标准值及变异系数。 

　　（2）按照测区统计的砂浆抗压强度平均值与砂浆推定强度等级所对应的立方体抗压强度值的关系，确定砂浆的强度等级。 

　　（二）*二级鉴定中墙段抗震承载力的评定 

　　中小学砖混结构校舍抗震鉴定过程中，若**级鉴定不满足鉴定标准要求，应根据**级鉴定的情况分别采用楼层平均抗震能力指数法、楼层综合抗震能力指数法、墙段综合抗震能力指数法进行*二级鉴定。就墙段抗震承载力验算来说，当前常采用墙段综合抗震能力指数法与PKPM计算复核的方法。墙段综合抗震能力指数法的计算公式复杂、系数较多、可操作做性不强，实际进行计算时常采用PKPM计算复核的方法。使用PKPM对墙段进行抗震承载力计算时主要验算如下几方面的内容： 

　　1、计算纵横向门间墙、窗间墙、门窗间墙、端墙、横墙等各个墙段的抗震承载力，其计算结果为各墙段的抗力与荷载效应之比，当该比值大于1时，说明墙体的抗力大于荷载效应，墙体的抗震承载力满足要求，反之则不满足要求。 

　　2、计算纵横向整片墙体的抗震承载力，计算对象是包括洞口在内的整片墙体，其计算方法与墙段的计算方法相同。 

　　3、当某一墙段的抗力与效应之比小于1时，程序自动将该墙段设计成为配筋砌体，计算出该墙段所需要的配筋面积，将其作为加固布置的依据。 

　　三．砖混结构校舍的抗震加固 

　　（一）加固设计处理方法 

　　砖混结构校舍进行抗震加固设计时，应根据抗震鉴定的结果选用合适的加固方案，一般采用整体加固、区段加固及局部构件加固的方案，或者内加固、外加固方案[1]。加固设计中常遇到的问题及处理方法如下： 

　　1、校舍的整体性较差 

　　（1）校舍的圈梁、构造柱设置不满足规范要求 

　　处理方法：可以通过增设外加圈梁-构造柱的方法进行加固；或者通过增设钢筋混凝土板墙或钢筋网砂浆面层并在纵横墙交接处设置配筋加强带的方法加固。 

　　（2）抗震墙在平面内不闭合 

　　处理方法：可以在不闭合处设置钢筋混凝土框或抗震墙使原墙体在平面内形成闭合结构。 

　　（3）墙体在纵横墙交接处的整体性较差 

　　处理方法：可以使用面层加固并在纵横墙交接处设置配筋加强带，或在纵横墙交接处设置钢拉杆、外加构造柱及圈梁等方法加固，提高该部位的整体性。 

　　（4）楼板及屋盖在墙体上的支承长度小于规范要求的数值 

　　处理方法：可以通过墙体的面层加固来增加楼板及屋盖的支撑长度；或者在楼板与墙体的交接处设置角钢支撑的方法加固。 

　　2、校舍的综合抗震能力不满足要求 

　　（1）墙段综合抗震能力指数或楼层综合抗震能力指数的计算值远小于1.0 

　　处理方法：可以在采用钢绞线网-聚合物砂浆面层或钢筋混凝土板墙进行加固。 

　　（2）墙段综合抗震能力指数或楼层综合抗震能力指数的计算值小于1.0，但差值较小 

　　处理方法：可以采用水泥砂浆面层或钢筋网水泥砂浆面层进行加固。 

　　（3）原校舍的抗震横墙间距偏大 

　　处理方法：可以通过新增抗震墙的方法进行加固，该抗震横墙可以是砖墙或钢筋混凝土墙。 

　　（4）原墙体的砌筑质量较差或材料强度不满足要求 

　　处理方法：可以采用水泥砂浆面层、钢筋网水泥砂浆面层等加固方法，或拆25筑质量较差的部分并重新砌筑的方法进行加固。 

　　3、局部易倒易损部位不满足要求 

　　（1）局部承受荷载较大的墙段抗震承载力不满足要求 

　　处理方法：可以采用增设钢筋混凝土柱、组合柱、砌体柱或采用钢筋混凝土板墙、钢筋网砂浆面层等方法加固。 

　　（2）墙肢的抗震承载力或尺寸不满足要求 

　　处理方法：可以采用面层加固墙体的方法，如：钢筋混凝土板墙、钢筋网砂浆面层、水泥砂浆面层等，或采用增设钢筋混凝土框的方法加固。 

　　（3）砖柱的抗震承载力不满足要求 

　　处理方法：可以采用钢筋混凝土围套或外包角钢法加固。 

　　（4）隔墙与承重墙缺乏有效的拉结 

　　处理方法：当隔墙的高度或长度较小时，可以通过在隔墙的周围植入锚筋、增设钢夹套、设置钢拉杆等措施对隔墙进行加固；当隔墙的高度或长度较大时，可采用水泥砂浆面层或钢筋网水泥砂浆面层加固。 

　　（5）出屋面女儿墙的高度**限 

　　处理方法：可降低女儿墙的高度或对其进行拆除处理，或采用增设钢拉杆或型钢的方法进行加固。 

　　（二）常用抗震加固方法的介绍 

　　1、钢筋混凝土板墙 

　　该加固方法首先去除原墙体的抹灰层并在墙体的一侧或两侧布置钢筋网，而后在墙体上浇筑或喷射一定厚度的混凝土形成“砌体-混凝土”组合墙，从而提高原墙体的抗震承载力。使用此法加固后的墙体，其水平抗剪承载力可提高1.8~3倍左右，当墙段抗震承载力与规定值相差较大，或原结构的综合抗震能力指数较小时，可考虑采用此方法加固。 

　　使用该加固方法可有效增强原墙体的抗剪及抗压承载力并能大幅提高其刚度和变形能力。此外，由于钢筋混凝土板墙的厚度较大，增加了预制板的支撑长度，能有效地阻止地震时预制板的脱落。现场施工时不能手工抹制，一般采用支模浇筑或喷射混凝土的方法进行施工，施工工艺较为复杂，且混凝土及钢筋的用量较大、加固费用较高。 

　　2、钢筋网水泥砂浆面层 

　　该加固方法首先去除原墙面的抹灰层并在墙体的一侧或两侧布置钢筋网，而后涂抹一定厚度的水泥砂浆，从而提高原墙体的抗剪承载力。一般使用此法加固后的墙体，其水平抗剪承载力可提高1.04~2.5倍左右，当局部楼层的综合抗震能力指数有欠缺，或房屋的整体抗震能力与规定值相差不大时，可以考虑采用此法进行加固，加固时可只对不满足抗震承载力要求的墙体进行加固且面层可以上下断开。 

　　使用该法进行加固也可增强原墙体的抗压承载力、抗剪承载力、刚度及变形能力等，但提高的幅度比钢筋混凝土板墙小。此外，由于钢筋网水泥砂浆面层的厚度较小，现场施工时水泥砂浆可以分层手工抹制，施工工艺简单，且砂浆及钢筋的用量较小、加固费用较低。 

　　3、外加圈梁—构造柱加固 

　　该加固方法是在房屋的外围增设构造柱及圈梁，并用钢拉杆代替内墙圈梁，将墙体在水平及竖直方向分割为多个小墙段，以形成对各墙段的有效约束，当房屋的整体抗震能力不足时可以考虑采用此法加固。 

　　该加固方法对墙体的抗震承载力提高幅度不大，但能大大提高墙体的延性和变形能力，推迟墙体裂缝的出现，增强结构的稳定性，是防止地震作用时房屋瞬间倒塌的重要措施。但是此法施工工艺较为复杂、技术要求性高，外加构造柱、圈梁均需支模浇筑并需要与原墙体形成可靠连接，若处理不好，非但起不到抗震加固的效果，反而会对原墙体造成削弱，且加固后对原房屋的立面影响较大。 

　　五．总结 

　　目前，砖混结构中小学校舍在我国还有很多存量，加强既有砖混结构中小学校舍工程抗震鉴定与加固具有重要意义，是一项政治任务和民生任务。在砖混结构中小学校舍抗震鉴定与加固过程中，要结合工程具体实际情况，科学使用鉴定与加固方法。 

地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害**。我国位于世界两大地震带：环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间，板内地震也十分活跃，因此，地震频繁发生。因地震而死亡的人数居各种自然灾害**，约占54%，造成直接和间接经济损失十分巨大。特别是我国唐山大地震(1976年)和汶川大地震（2008年），使整个城市成为一片废墟。 

　　随着我国现代化城市和经济的飞速发展，交通线路的重要性越加**，公路交通是国民经济大动脉,同时,也是抗震救灾生命线工程之一。桥梁工程是公路工程的咽喉要道,在**公路通畅中起着至关重要的作用。而一旦地震使交通线路瘫痪，将会给国家和人民带来较大的损失和不便。大跨度桥梁是交通运输的关键枢纽，对其进行有效的抗震设计，确保其抗震安全性意义深远。 

　　2大跨度桥梁抗震设计研究进展 

　　大跨度桥梁的抗震设计是一项综合性的工作，反应比较复杂，相应的抗震设计也比较复杂。目前，国内外现有的大多数桥梁工程抗震设计规范只适用于中等跨径的桥梁，**过使用范围的大跨度桥梁则没有可遵循的抗震设计规范，存在许多需要进一步解决的问题。 

　　近30年来，美国、日本等一些国家的地震工程*提出了分级设防的抗震设计思想，一般可概括为：小震不坏、中震可修、大震不倒。我国《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防。1997年美国应用技术**完成了一个科研项目(ATC-18)，提出了改进美国公路桥梁抗震设计规范的若干建议[1]。其中，较主要的建议是要采用两水平的抗震设计方法，即要求结构在两个概率水平的地震作用下，分别达到两个不同的性能标准。现行的日本规范已采用这一方法。 

　　1975年，新西兰学者Park和Pauty提出了结构延性抗震设计理论中一个重要思想[2]――能力设计思想。在桥梁抗震设计中，为了使地震造成的破坏易于检查和维修，通常把桥墩选为延性构件，要求弯曲塑性铰出现在地面以上桥墩部分的**部或底部，上部结构和地面以下的基础结构为能力保护构件。能力设计思想已越来越广泛地被国内外*学者所接受。 

　　3抗震设计 

　　“小震不坏，中震可修，大震不倒”的分类设防抗震设计思想已广为接受，而能力设计思想也越来越广泛地被国内外*学者所接受。能力设计思想要求在一座桥梁内部建立合理的强度级配，以保证地震破坏只发生在预定的部位，而且是可控制的。具体来说，要选择理想的塑性铰位置并进行仔细的配筋设计以保证其延性抗震能力；而不利的塑性铰位置或破坏机制（脆性破坏）则要通过提供足够的强度加以避免。 

　　大跨度桥梁的抗震设计应分两阶段进行：1)在方案设计阶段进行抗震概念设计，选择一个较理想的抗震结构体系；2)在初步或技术设计阶段进行延性抗震设计，并根据能力设计思想进行抗震能力验算，必要时进行减、隔震设计提高结构的抗震能力。 

　　3.1抗震概念设计 

　　对结构抗震设计来说，“概念设计”比“计算设计”更为重要。正是由于地震发生的不确定性和复杂性，再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异，使“计算设计”很难控制结构的抗震性能，因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此，在桥梁的方案设计阶段，不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍，还应考虑桥梁的抗震性能，尽可能选择良好的抗震结构体系。 

　　在抗震概念设计时，为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性，要特别重视上、下部结构连接部位的设计，桥墩形式的选取，过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态，在预期的部位形成塑性铰以耗散能量，但不允许出现脆性破坏，如剪切破坏。同时，为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系，必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估)，然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位，并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后，根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣，决定是否要修改设计方案。 

　　3.2延性抗震设计 

　　桥梁的延性抗震设计应分两个阶段进行：1)对于预期会出现塑性铰的部位进行仔细的配筋设计；2)对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。这两个阶段可以反复，直到通过抗震能力验算，或进行减、隔震设计以提高抗震能力。 

　　在目前的结构抗震设计中已普遍采用延性抗震准则，其表达式为： 

　　μ≤[μ] 

　　其中，μ和[μ]分别为实际和允许的延性比，这是在延性抗震设计中使用较广泛的破坏准则。 

　　结构关键截面(塑性铰)的曲率延性系数一般远远大于结构的位移延性系数。这是因为一旦屈服出现，进一步的变形主要依靠塑性铰的转动。塑性铰区的横向钢筋配置要同时满足保证截面的延性和保证纵向钢筋不压溃屈曲这两个要求。在这一方面，目前我国的规范还相当不足，可参考国外规范进行。美国AASH-TO规范和欧洲规范对体积含箍率的规定比较一致，特别是欧洲规范对横向约束钢筋的配置有非常详细的配置。 

　　3.3桥梁减、隔震设计 

　　减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据结构特点和场地地震波的频率特性，通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案，合理分配结构的受力和变形。一方面，应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力上，不可过分追求加长周期。另一方面，应选用作用机构简单的减、隔震体系，并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果，需要进行非线性地震反应分析来验证。 

　　大量研究表明，较适宜进行减、隔震设计的情况主要有：1）桥梁墩柱较刚性，即自振周期较小；2）桥梁很不规则，如墩柱的高度变化较大，有可能导致受力不均匀；3）预测的场地地震运动的能量主要集中在高频分量，而低频分量的能量较少（浅震、近震、岩石地基）。因此，要根据结构特点和场地地震动特点决定是否要进行减、隔震设计，以及采取什么减、隔震装置。 

　　近年来国内外学者提出在桥梁结构中设置粘滞阻尼器来改善结构的抗震性能，已在多座桥梁中得以应用。有研究表明：将隔震支座与粘滞阻尼器组合使用既能减小结构地震力，又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。 

　　4 抗震加固技术 

　　在决定一座桥梁是否如何加固以前，应先评估其抗震能力。主要是先决定墩柱的破坏形式及墩柱的较大延性能力，其次计算整体屈服的地震加速度及整体的较大延性能力，最后算出桥梁的抗震能力Ac值。 

　　4．1 桥梁震害介绍 

　　从历次破坏地震中，调查得到的公路桥梁震害产生的主要原因有以下几类： 

　　(1) 支承连接件失效――由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移，使支承连接件失效，上部与下部结构脱开，导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力，下部结构将遭受严重破坏。 

　　支承连接件失效的原因，主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题，目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。 

　　(2) 下部结构失效――主要是指桥墩和桥台失效。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力，就会开裂甚至折断，其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。 

　　钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏，是近期桥梁震害的一个特点。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大，因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计，使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位，其余结构保持弹性。 

　　(3) 软弱地基失效――如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱，下部结构就可能发生沉降和水平移动。如砂土的液化和断层等，在地震中都可能引起墩台的毁坏。 

　　地基失效引起的桥梁结构破坏，有时是人力所不能避免的，因此在桥梁选址时就应该重视，并设法加以避免。如果无法避免时，则应考虑对地基进行处理或采用深基础。 

　　4．2研究现状 

　　针对桥梁在地震中的震害类型，目前，国内外桥梁抗震加固主要采取以下技术措施： 

　　(1) 在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块或者增加支承面宽度等措施，以防止落梁震害的发生； 

　　(2) 增加钢筋混凝土桥墩的横向约束，提高其抗弯延性和抗剪强度，防止桥墩弯曲和剪切震害； 

　　(3) 采用减隔震技术及专门的耗能装置，提高桥梁的抗震性能。例如采用铅芯橡胶耗能支座等。 

　　对隔震而言，利用周期、阻尼与位移等相依变量进行参数分析，配合加固目标的订定，最后提出结合位移设计法的隔震装置加固设计程序。隔震装置的分析采用铅芯橡胶支座(LRB)以及摩擦单摆支座(FPS)两种。 

　　对减震而言，亦可结合位移设计法进行减震加固设计。可使用替代结构法，将结构以等效劲度及等效阻尼比以线性迭代的方式来进行粘滞性阻尼器(vis-cous damper)的加固设计。 

　　4．3 发展趋势 

　　国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料，开始检讨过去单纯“强度抗震”设计的指导思想，研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计(performance-based seismic design)被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标，可以是单一指标，也可以是多指标或组合指标。 

　　从桥梁震害调查中发现，遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构，绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。因此，国外主要的多震国家，开始强调桥梁结构整体的延性能力，其它一些国家则在原有规范的基础上，也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力，并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力。 

　　从加固的对象上来看，美国、日本等桥梁抗震加固水平较高的国家，已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施，转移到重视桥墩整体延性上来，以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。 

　　在研究手段方面，整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验，而是和现代科技融为一体的高科技试验。 

　　4结语 

　　大量的震害表明，合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生。随着对地震机理认识的逐步加深，提高和完善桥梁结构物的各项功能，以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善，可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。而桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础，建议针对我国公路桥梁的特点，得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术，并推广应用，为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。