【地坪網(wǎng)資訊】余江滔張遠淼陸洲導陶磊
( 同濟大學，上海200092)
摘要: 以相似比為1∶4 的雙跨8 層混凝土框架模型為試驗對象，按照8 度多遇( 0． 084g) 、8 度基本( 0． 24g) 、8 度罕遇( 0． 48g) 以及8 度半罕遇( 0． 612g) 的順序，分四個階段對模型結構進行模擬地震試驗，框架模型損壞后，對框架損傷區(qū)域的裂縫進行環(huán)氧樹脂注膠修復，然后對框架模型輸入與初次振動臺試驗相同的工況進行再次振動臺試驗，并比較混凝土框架模型在初次振動臺試驗、再次振動臺試驗中動力特性指標的變化特點，注膠修復前、后的不同水準地震作用下混凝土構件開裂、壓碎等破壞形態(tài)以及模型結構層間剛度; 將試驗結果推算至原型，比較原型層間位移角等指標，以此評價注膠修復技術修復混凝土框架結構的有效性。試驗結果表明，采用的環(huán)氧樹脂注膠修復技術可以有效地修復震損后的混凝土框架結構。
關鍵詞: 混凝土框架模型; 振動臺試驗; 注膠修復技術; 抗震性能
引言
歷次大地震中，鋼筋混凝土框架房屋，除了少數(shù)坍塌或破壞嚴重外，大部分都為輕度或中度損傷，屬“可修”的范疇［1-2］。對于因為地震造成的混凝土開裂或壓碎，研究者多采用高強聚合物材料進行灌縫或填補，然后再進行加大截面或高性能增強材料的加固［3-5］。從研究的角度來看，“高強聚合物的灌縫和填補”與“增強材料或加大截面”兩者的貢獻卻往往難以明確區(qū)分。僅采用“高強聚合物的灌縫和填補”進行結構的損傷修補，結構的力學性能能夠達到何等水平，是否能夠恢復，這一問題在國內(nèi)鮮有人進行研究。
從國外的研究成果［6-10］來看，采用“高強聚合物的灌縫和填補”進行結構震損修復的試驗多為構件層面的靜力試驗，且表明了“環(huán)氧樹脂注膠修復技術”用于修復小震至中震損傷的有效性。然而，注膠修復技術對于大震后的混凝土結構的損傷是否有效沒有得到試驗的驗證。此外，上述研究均為構件層面的擬靜力試驗。從現(xiàn)有的資料來看，國外也缺少模擬真實地震作用下整體的震損結構修復效果的研究。
本文擬通過震損-修復-再震損的試驗來對比研究混凝土框架結構的修復方法。擬對一個整體框架模型先進行初次振動臺試驗，然后采用環(huán)氧樹脂注膠進行裂縫修復，修復后再進行振動臺試驗，試驗內(nèi)容如下:
( 1) 觀察兩次試驗中框架模型結構的開裂、壓碎等損傷發(fā)展過程。
( 2) 對比混凝土框架模型在初次振動臺試驗、再次振動臺試驗中自振頻率和阻尼比等結構整體動力特性指標，研究其在不同水準地震作用下的變化特點。
( 3) 比較框架模型的位移、層間剛度值，并據(jù)此評價注膠修復的可行性。
1 混凝土框架振動臺試驗過程
1． 1 混凝土框架模型的設計
本文的試驗模型為相似比1∶ 4 的雙跨8 層鋼筋混凝土框架，模型平面尺寸為3． 4m × 3． 4m，層高0． 75m，總高度為6m，如圖1 所示。模型的框架柱的尺寸統(tǒng)一為150mm × 150mm，框架梁尺寸統(tǒng)一為125mm ×50mm，樓板厚度為30mm。模型主要物理量的相似關系式和相似系數(shù)見表1。模型混凝土粗骨料為再生骨料，而細骨料為新砂，配合比為: 水∶ 水泥∶ 砂: 石子=0． 76∶ 1∶ 4． 58 ∶ 1． 69 ( 配合比為粗細骨料均為干燥狀態(tài)) 。混凝土框架模型總質(zhì)量為23． 56t，其中模型質(zhì)量10． 11t，附加質(zhì)量9． 32t，底座質(zhì)量4． 13t。
1． 2 試驗測試方案和加載方案
框架模型養(yǎng)護完成后，在同濟大學土木工程防災國家重點實驗室的振動臺試驗室進行振動臺試驗。
本試驗選定四條地震波作為模擬地震振動臺臺面輸入波，即: ①El-Centro 波( 簡稱E) ; ②Kobe 波( 簡稱K) ; ③Wenchuan 波( 臥龍臺記錄，簡稱W) ; ④MYG013 波( 仙臺記錄，簡稱M) 。根據(jù)抗震設防要求，輸入地震波的加速度幅值從小到大依次增加，以模擬從多遇到罕遇等不同水準地震對結構的作用。本試驗加載工況按照8 度多遇( 0． 084g ) 、8 度基本( 0． 24g) 、8 度罕遇( 0． 48g) 以及8 度半罕遇( 0． 612g)的順序( 已考慮加速度相似關系Sa = 1． 2) ，分四個階段對模型結構進行模擬地震試驗。在進行每個試驗階段的地震試驗時，由臺面依次輸入Wenchuan 波、MYG013 波、El-Centro 波和Kobe 波。在每個階段下，先輸入X、Y 的雙向地震激勵，然后輸入X、Y、Z 三向地震激勵。各水準地震作用下，臺面輸入加速度峰值均按有關規(guī)范的規(guī)定及模型試驗的相似要求進行調(diào)整，以模擬不同水準地震作用。初次振動臺試驗與再次振動臺試驗輸入工況相同( 均31 個) ，試驗工況見表1。在不同水準地震波輸入前后，對模型進行白噪聲掃頻，以測試模型結構自振頻率、振型和阻尼比等動力特性參數(shù)。

1． 3 注膠修復過程
經(jīng)過初次振動臺試驗后，采用壓力注膠技術對震損框架模型進行裂縫修復。修復結構所采用的材料為由Araldite 公司生產(chǎn)的XH160A/B 環(huán)氧樹脂膠裂縫修補膠及XH111 Normal A/B 封閉膠。XH160A/B 環(huán)氧樹脂膠裂縫修補膠為雙組份冷固化無溶劑環(huán)氧樹脂灌注劑，其應用為混凝土結構的填縫注劑、多孔地臺和墻壁的滲透劑、格構式及封閉式濕法外包鋼填注膠。XH111Normal A/B 為雙組份室溫固化觸變性環(huán)氧膠，具有對多數(shù)材料粘合力良好、力學強度高、防水和抗化學腐蝕能力強的特點。
框架修復的順序為: 先自下而上逐層修復梁、柱及梁柱節(jié)點。具體的注膠施工過程見圖2。梁、柱及節(jié)點注膠完畢后，再進行樓板灌膠修復; 因樓板的裂縫較寬，采用注射器低壓注膠的方式，使膠水慢慢擴展并滲透到混凝土中。完成每層樓板的注膠后，均進行動力特性的數(shù)據(jù)采集。如圖1 所示，框架梁、柱上可以看見注膠修復的痕跡。