徐秀鳳，杜秀麗，王璐，孟艷春，孫偉

（青島黃海學(xué)院，山東 青島266427）

1 引言

我國地處地中?！柴R拉雅和環(huán)太平洋2 大地震帶的交接處，自古以來就是地震多發(fā)國家，自20 世紀(jì)以來，地震造成我國近59 萬人死亡和數(shù)百億元的直接經(jīng)濟(jì)損失。因此，抗震防災(zāi)已成為保障我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略，而實(shí)現(xiàn)抗震減災(zāi)的關(guān)鍵在于提高土木工程的抗震能力，正如美國著名地震學(xué)家J.M.Gra 所言：“殺死人的不是地震，而是建筑物”[1]。

國家出臺(tái)了一系列相關(guān)文件，2015 年新版的地震區(qū)劃圖[2]將我國7 度區(qū)面積從49%增至58%，縣級(jí)以上城市中設(shè)防水平得到提升的約占12.5%；2016 年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《城鄉(xiāng)建設(shè)抗震防災(zāi)“十三五”規(guī)劃》中要求“提升既有住房抗震能力。通過棚戶區(qū)改造、抗震加固等，加快對(duì)抗震能力嚴(yán)重不足住房的拆除和改造。研究探索強(qiáng)制性與引導(dǎo)性相結(jié)合的房屋抗震鑒定和加固制度。繼續(xù)實(shí)施農(nóng)村危房改造工程，統(tǒng)籌推進(jìn)農(nóng)房抗震加固改造[3]。”全國政協(xié)委員李小軍在2019 年全國兩會(huì)上指出：“農(nóng)村民居普遍未設(shè)防或設(shè)防不達(dá)標(biāo)?！币虼耍瑢?duì)不滿足新版抗震規(guī)范要求的既有結(jié)構(gòu)加固研究已成為抗震防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)工作。汶川大地震后，清華大學(xué)、西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)土木工程結(jié)構(gòu)的專家組赴震區(qū)進(jìn)行調(diào)研[4]，對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式建筑的震害情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。其中，砌體結(jié)構(gòu)震后可以直接使用的比例最小，但加固后可使用的比例最大。因此，對(duì)不滿足既有抗震設(shè)防要求的砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固具有重要的意義。本文首先對(duì)GB 50702—2011《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]中的加固方法進(jìn)行分析，然后對(duì)后張預(yù)應(yīng)力加固方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，最后對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

2 規(guī)范中的砌體結(jié)構(gòu)加固方法

我國GB 50702—2011《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的加固方法、適用條件、承載力計(jì)算、構(gòu)造要求等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，表2 中列出了規(guī)范中的7 種加固方法及其適用范圍。

表1 不同結(jié)構(gòu)形式建筑震害情況統(tǒng)計(jì) %

表2 規(guī)范中的砌體結(jié)構(gòu)加固方法

表2 中的加固方法普遍存在施工周期長、現(xiàn)場濕作業(yè)多、影響建筑正常使用以及工程造價(jià)高等問題，村鎮(zhèn)居民人均收入較低，很難負(fù)擔(dān)此類大規(guī)模、長時(shí)間、高費(fèi)用的加固工程。因此，加固時(shí)間短、費(fèi)用低、加固后抗震性能顯著提高后張預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

3 預(yù)應(yīng)力加固研究現(xiàn)狀

將預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用到砌體結(jié)構(gòu)中的想法最早由D.Foster 博士[6]提出，并得到了國內(nèi)外的許多學(xué)者響應(yīng)，美國最先將預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)列入《砌體結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范》之中。至今我國的GB 50702—2011《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》和JGJ 116—2009《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》[7]并沒有對(duì)預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)定。

我國對(duì)預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)的研究始于唐山大地震后，孫偉民等[8]通過擬靜力試驗(yàn)研究了8 片開窗洞及無窗洞的內(nèi)、外縱向混凝土小型空心砌塊砌體墻片在豎向預(yù)應(yīng)力筋加固時(shí)的抗震性能，劉航等[9]做了8 片足尺豎向預(yù)應(yīng)力加固磚砌體墻片擬靜力試驗(yàn)，宋彧 等[10]對(duì)5 片不同預(yù)應(yīng)力值的預(yù)應(yīng)力斜拉筋加固的磚墻進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，尹新生等[11]對(duì)橫向預(yù)應(yīng)力筋加固的砌體墻片進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以上試驗(yàn)表明不同方向預(yù)應(yīng)力筋均可延緩墻體的開裂，抑制裂縫的發(fā)展，提高砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)開裂荷載，增加結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力。為了研究預(yù)應(yīng)力加固對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響，馬樂人等[12]選取了20 世紀(jì)80 年代的一典型砌體結(jié)構(gòu)預(yù)制樓板教學(xué)樓中的1個(gè)基本單元，按1∶4 縮尺建造了未做任何加固和采用豎向預(yù)應(yīng)力筋加固的2 個(gè)相同的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)施加豎向整體預(yù)應(yīng)力，可以提高墻體的抗剪、抗彎強(qiáng)度，改善墻體的延性和耗能能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，且很少增加結(jié)構(gòu)自重，是一種較為理想的抗震加固方法。陳紅媛等[13]對(duì)一寬1.5m、長2m 的2 層帶圈梁、構(gòu)造柱的砌體房屋進(jìn)行縱、橫向及豎向預(yù)應(yīng)力筋加固，并對(duì)加固模型和未加固模型進(jìn)行雙向擬動(dòng)力試驗(yàn)，結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的約束力對(duì)限制裂縫開展、防止圈梁與預(yù)制樓板的脫空效果明顯，加固后的總耗能大于未加固體系，損傷小于未加固體系。徐秀鳳[14]對(duì)一9.9m×9.6m，高6.6m 的2 層足尺砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力加固，并對(duì)其進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)的峰值承載力是未加固結(jié)構(gòu)的2 倍左右。邵海強(qiáng)[15]采用縱向和窗間墻處橫向預(yù)應(yīng)力筋對(duì)一1∶4 縮比的2 層砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)證明，雙向加固比單向加固的結(jié)構(gòu)抗震性能更好，且雙向加固在破壞性很強(qiáng)的地震反復(fù)作用下，仍保持一定的承載能力，不會(huì)倒塌。

已有的研究雖已證明后張預(yù)應(yīng)力加固后砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能會(huì)顯著地提高，但是，未能對(duì)加固性能進(jìn)行量化，未能建立加固目標(biāo)與加固設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即未能做到基于性能的加固，不能良好地對(duì)實(shí)際建筑的加固設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。已有的后張預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)加固大都以試驗(yàn)來驗(yàn)證其加固后的抗震性能，并未提出有效的數(shù)值模擬方法。

4 總結(jié)與展望

本文首先對(duì)我國規(guī)范中規(guī)定的砌體結(jié)構(gòu)的加固方法進(jìn)行總結(jié)，可知傳統(tǒng)的加固方法濕作業(yè)多、造價(jià)高、施工周期長。然后，介紹了一些學(xué)者所做的預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)的研究工作，從研究可知，后張預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可顯著提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，但已有的研究大都不符合“基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)”理念，即未建立加固目標(biāo)-加固設(shè)計(jì)方法-加固效果評(píng)估之間的可量化關(guān)系，因此，在后續(xù)的研究中應(yīng)將基于性能的加固理念應(yīng)用到砌體結(jié)構(gòu)的加固中。