徐 帅1，高向宇1，郭亚楠1，刘亚双1，尹学军2，李 信3
（1．北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 100124；2．青岛科而泰环境控制有限公司，山东青岛 266101；3．河北华研卓筑加固工程集团有限公司，河北石家庄050024）
[摘要]屈曲约束支撑( buckling-restrained braces，BRB)的施工工序对控制施工误差、实现设计意图有重要作用，且影响施工的难易程度。该文通过对直连式、外贴框架式和内嵌框架式等3种利用BRB加固既有混凝土框架加固连接方式的施工工序研究，讨论了合理的施工工序，以及因设计不当、工序不当和工艺不当而引发的施工问题，研究了减小安装误差、保证质量的措施。以某既有多层混凝土框架的加固工程为例，对直连式施工工序和做法进行讨论。
[关键词]屈曲约束支撑；施工；安装；减震；加固；混凝土框架
[中图分类号] TU398+．2 [文章编号]1002-8498(2016)10-0066-03
0 引言
利用屈曲约束支撑( buckling-restrained braces，简称BRB)对既有钢筋混凝土框架结构进行加固可减少湿作业、缩短施工周期、提高结构抗震性态水平等。同时，作为位移相关型消能器，BRB的耗能能力与轴向变形密切相关，因而安装误差影响较大。合理的施工工序和工艺是控制安装误差的关键，对保证设计质量具有重要作用。
本文通过对消能部件安装工序、工艺等的梳理和归纳，从设计不当、工序不当、工艺不当和误差控制等几个方面对施工安装中存在的问题进行分析研究，提出相应对策。
1 BRB加固连接方式
BRB同既有框架的连接方式主要有3种：直连式、外贴框架式和内嵌框架式。直连式是利用后锚固技术将BRB直接同既有框架结构构件连接；外贴框架式是在沿既有结构外侧新建一榀框架，在新建框架上安装BRB，新建框架和既有框架用抗剪连接件连接，分外贴混凝土框架和外贴钢框架2种；内嵌框架式是沿既有结构内侧新建一榀框架，以钢框架为主，其余与外贴混凝土框架类似。
本文建议施工安装顺序如图1所示，其中“结构或构件修整或加固”应根据基材的现有状况确定是否需要执行，外贴框架式和内嵌框架式执行“抗剪连接件施工和附加框架安装施工”分支，直连式执行“后锚固施工”分支。每完成一道工序，均应进行施工质量检验，确定合格后方可进行下一道工序。
2施工工序
2.1基材清理
1)当构件或节点的强度和刚度足够时，可仅对基材表面清理、找平和放线定位。
2)当对结构构件采用局部外包钢构套加固处理时，应先执行步骤1），再安装对拉锚筋（根据需要执行此步），然后安装钢板，焊接并做临时固定，待消能部件全部安装结束后再注胶。当采用现浇混凝土套加固时，应先进行锚栓或锚筋安装，再绑扎钢筋、安装预埋件等，最后浇筑混凝土。
3)当采用附加混凝土框架（外贴或内嵌）连接BRB时，先执行步骤1），再安装抗剪连接件，绑扎钢筋，安装锚筋和预埋件，支模并浇筑混凝土。当采用附加钢框架时，先执行步骤1），再安装钢框架并做临时固定，待测量和校正无误后安装紧固件。
2.2后锚固锚栓或钢筋安装
后锚固锚栓或钢筋的作用是连接原结构构件和消能部件，在外包钢板中设置对拉锚栓或钢筋也起到防止钢板翘曲的作用。后锚固锚栓或钢筋应先于BRB和节点板安装，其施工、验收和维护应按照《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013的相关规定执行。
2.3锚板、节点板和BRB安装
节点板与锚板采用焊缝连接，节点板与BRB的连接形式有焊缝连接、高强螺栓连接和铰接连接。施工工序有先锚后焊和后锚先焊2种。
先锚后焊施工工序为锚板（或预埋件）安装、节点板与BRB连接并吊装。先焊后锚施工工序为锚板和节点板焊接并安装、吊装BRB并与节点板连接。施工工序的选择主要考虑设计要求、施工难度、仪器设备等。施工过程应保证上下节点板的中心线形成的平面与结构构件中心线形成的平面平行。焊接节点板（或连接板）时应注意对焊缝周围的钢构件降温，减小残余应力和热变形，钢构件四周混凝土宜划开宽1mm、深5~6mm的裂缝，以防止钢板受热膨胀而挤碎周围的混凝土。
2.4局部加固处理
当采用局部外包钢板加固时，如果采用先锚后焊，为了防止钢板焊接对结构胶的影响，钢板与主体结构间的灌胶连接施工应待节点板与外包钢板间的焊接工序完成后进行。
2.5误差控制和执行标准
消能部件的安装应严格控制误差，因此每进行一道工序均应进行质量检验。后锚固施工质量应符合《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013 的相关规定，钢框架、局部外包钢板、节点板、焊缝、螺栓、连接板和BRB等钢构件的施工质量应符合《建筑消能减震技术规程》JGJ297-2013和《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的相关规定，新建混凝土框架和现浇混凝土套等混凝土构件的施工质量应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范> CB50204-2015的相关规定。
2.6涂装工程
涂装工程分为防腐涂料涂装和防火涂料涂装。涂装前应对钢构件表面进行除锈和清理破损的底漆，再进行防腐涂料涂装或防火涂料涂装，按设计要求和现行国家标准执行。
3施工中可能出现的问题
消能部件施工安装应设计合理的施工工序，选择恰当的施工工艺并严格控制安装误差。导致施工问题的主要原因有设计不当、工序不当和工艺不当等。
具体问题和解决方法如下。
1)锚栓（或钢筋）间距较小 如果既有结构梁柱截面较小，而采用直连式加固方式，此时若采用锚栓（或钢筋）后锚固，则可能出现锚栓（或钢筋）间距过小，给施工造成不便，且影响锚固区混凝土的受力性能。如果增大锚栓（或钢筋）间距，会增大节点板尺寸，遇到此种情况宜改为局部外包钢板加固法代替后锚固加固技术。
2)节点板或连接板扩孔节点板采用高强螺栓连接时，易出现栓孔扩孔。螺栓扩孔主要有2个不利后果：①未扩孔的螺栓受力增加；②BRB屈服耗能时的主体结构层间位移要大于设计值。销轴扩孔的后果主要是第2个。施工中，应控制扩孔误差在BRB屈服位移的10%以内。
3) BRB安装存在偏差 BRB安装的核心是使BRB和节点板的中心线与主体结构构件中心线形成的平面平行。解决此问题的方法是工序合理、施工规范，即BRB应最后安装并严格控制施工误差。
4)紧固件松动 不同位置的紧固件松动对消能部件工作的影响不同：①结构构件上的锚固件松动；②节点板上的紧固件松动；③BRB连接段的紧固件松动。当松动的紧固件数量较少时，主要影响BRB的屈服层间位移；当数量较多时，还会对连接的稳定性产生影响。在施工中，同一部位的紧固件一般会待全部安装就位后再逐一拧紧，所以此道工序结束后应进行质量检验，以防疏漏。
5)焊接变形 焊接变形主要由焊缝周围钢构件的残余热应变引起的。合理的焊接工序和工艺可有效控制焊接变形。
4 工程案例
某工程为钢筋混凝土框架结构，采用BRB加固，人字形布置，连接方式为直连式，节点采用局部外包钢板形式，在梁高度方向植入螺纹钢筋固定局部外包钢板，BRB同节点板采用对接焊缝连接。以人字形支撑上节点为例，具体施工工序及做法如下。
1)基材处理因原结构构件承载力不足，需要先对原结构构件进行抗震加固，梁底采用外包角钢2 L75 x8加固，箍筋采用40 x4@ 250，做法见图集。
2)局部外包钢板安装 先根据设计确定植入钢筋位置并标注，再钻孔、清孔、注胶和植筋，静置待结构胶固化后，清理基材表面残余的结构胶，安装钢板并临时固定，钢板上的孔位宜根据植筋位置现场钻孔。
3) BRB与节点板焊接、吊装，再将下节点板切割成形与支撑焊接。利用简易起重设备吊装支撑和下节点板，先放样定位，测量校正无误后，将节点板与外包钢板焊接。再吊装BRB，通过上下调整局部外包钢板来调整BRB与节点板的位置关系，待测量、校正无误后，将节点板与BRB焊接。最后将外包钢板上的锚筋紧固。焊接时用湿毛巾对焊缝周围的钢构件降温，控制焊接变形。
4)焊接检验 采用视觉检测法和超声波检测法，依据现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661-2011进行检验。
5)注入结构胶注胶前，应核查紧固件施工质量并拆除临时固定件。采用压力灌胶法将局部外包钢板与主体结构构件连接，做法见图集。BRB的节点详图如图2所示。
6)涂装工程 先用钢丝轮对焊缝附近进行除锈，喷刷防腐底漆，检验合格后喷涂防火涂料。施工完成如图3所示。
该工程在设计上存在一些需改进的地方，如将沿梁高方向植筋改为垂直于梁高方向设置对拉锚筋，可提高局部外包钢板的稳定性；将BRB与节点板的对焊连接改为U型槽口连接（见图4），可减小焊接残余应力对节点连接强度的影响等。
5 结语
1)屈曲约束支撑施工安装的关键是控制误差。既有多层混凝土框架结构屈曲约束支撑施工安装工程应从设计、工序和工艺三个方面减小误差。
2)在施工工序上，应合理安排锚固件、节点板、连接件和屈曲约束支撑的安装顺序，减小焊接变形和施工安装误差。
3)在施工工艺上，应选择适当的后锚固工艺、焊接工艺以及涂装工艺，采取措施减少焊接温度应力对后锚固连接或预埋件受力的影响，减小连接尺寸误差对BRB变形的影响，保证消能部件的强度、刚度、稳定性和耐久性。
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