医用加速器室辐射防护改造加固分析——以cyberknife机房改造工程为例

' 叭Y—I洲9㈣4儿i¨■I吨¨jj●l●9吣3AStudyonReforcementandRenovationofTheScaleMedicalEquipmentsRadiationShieldingRoom——TotaketheshieldingrenovationprojectofCyberKnifeSystemtreatmentroomforanexampleMajor：DisasterPreventionandReductionEngineeringandProtectiveEngineeringDirectionofStudy：StudiesonJudgmentaboutEngineeringRiskandDisasterPreventionGraduateStudent：LiuTingSupervisor：Prof．XiaoMingguiCollegeofCivilEngineeringGuilinUniversityofTechnologySeptember,2010toApril，2011 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书独创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提●供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者(签字)．一型l鱼驽签字日期：．丝f：‘!(兰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解(学校)有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权(学校)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到‘中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在’解密后适用本授权书)本论文是否保密：是鼋／如需保密，保密期限为：学位论文作者签名：务l璃导师签字：签字日期：>卅f年多月／>日签字日期， 摘要随着医疗技术和医学模式的不断进步，医院放射科室的加速器设备更新的速度加快，医疗建筑需要通过各种新建、改造和扩建的手段以及采取相关防护措施确保民众的健康和工作区域的安全。辐射防护改造工程涉及到辐射源特征的确定、辐射的减弱计算、屏蔽结构的工艺设计、辐射防护材料以及各种改造加固方法的选择等内容，这些都是影响防护效果的关键性因素。文章以射波刀系统治疗室屏蔽防护改造工程为例，对上述内容进行了分析研究，展开论述如下：1、在弄清辐射产生的基本机理及辐射防护的基本原则后，运用电离辐射屏蔽原理、计算方法，根据安装的医用加速器所具有的辐射物理特点和辐射防护的发展需求，对加速器屏蔽进行了严谨、规范和优化的设计计算。2、常用的建筑防护材料有铅、混凝土、水泥、钢板等。工程实践中，要依照射线源的种类和活度、屏蔽的部位和构造形式等方面进行选择。本例选用混凝土作为防护材料。研究表明，防护材料的密度与屏蔽层的厚度成反比关系，防护材料的密度越大，屏蔽层的厚度越小；实际工程中，需结合屏蔽计算结果与现场条件，灵活选用合适的防护材料。3、本工程利用医院旧有设备机房(Co．60治疗室)改造成加速器治疗室使用。这样既不会扰乱放射科室的人流、物流，又免去了拆除厚大屏蔽墙体的麻烦，具有省时、少费用，不占用新地等优势，可为放射科室的发展提供更多优化方案。4、针对加固过程中新旧屏蔽层界面的受力情况及构造节点做法进行了分析论证；在新旧屏蔽层之间采用植筋技术、EPS聚苯板等缓冲材料；根据现场情况，采用人工挖孔扩底墩基与基础包套加固法对新增屏蔽墙体基础进行加固，以上这些措施可有效加强屏蔽结构工作的整体性，避免屏蔽层产生贯通裂缝而影响防护效果。5、运用ANSYS有限元瞬态模拟分析，建立EPS聚苯板与混凝土屏蔽复合层有限元模型，分析了屏蔽层变形情况与开裂情况，探讨了EPS聚苯板的缓冲作用效果。6、对整体浇筑屏蔽层混凝土的施工方案及防护构造措施提出建设性意见。希望这些研究能让工程人员对防辐射类改造工程有更为系统的认识，加大对放射科室建设的关注度，促进工程师、设备师以及医院管理人员等相关工作人员的沟通和配合，为医疗环境建设发展提供一些参考。关键词：医用加速器室，射波刀，辐射屏蔽设计，防护材料，加固改造方法 AbstractWiththedevelopmentofthemedicaltechniqueandmodel，therenewalofthescalemedicalequipmentsinX·raydepartmentandisotopedepartmenthasbeenimprovedrapidly,allthesechangesrequestthemedicalarchitecturetoensurethepeopleandworkplacehealthyandsafetythroughcreatingnewbuildingsorrenovatingandextendingexistingbuildingsandtakesomeprotectivemeasures．nlerenovatingprojectsofradiationshieldsinvolvesradiationSOurCecharacteristics，emissiondeclines，tlledesignoftheshieldstructures，radiationprotectionmaterialsandtheselectionofreinforcementandreconstructionmethodsetc，whicharethekeyfactorsoftheprotectiveeffect．WitlltheshieldingprotectiverenovationprojectofCyberKnifeSystemtreatmentroomasanexample，theaboveconsiderationdiscussedasfollows：Bylearningthebasicmechanismoftheradiationandthebasicprincipleandradiationprotective，、Vitllsustainabledevelopmentofradiationprotectioninmind，andaccordingtotheradiationphysicscharacteristicsofthemedicallinearacceleratorthatwouldbeinstalled，weundertookarigorousandoptimizedcalculationfortheprotectionneededfortheradiationoftheaccelerator．Theshieldingmaterialssuchaslead，concrete，cement，steelareoften-used，andthechoiceneedcombinewiththekindsofradiationsources，activity，shieldinglocationandformationinpracticeengineerings．Concreteisusedinthisshieldingproject．Researchshowsthatthedensityofprotectivematerialsisinverselyrelationedtothethicknessofshieldinglayer，whenthedensityoftheshieldingis伊eater，thethicknessissmaller．Itisadvisedthatchoosingasuitableprotectmaterialshouldcombinewiththeshieldingcalculationresultandthepracticalworkcondition．Thepaperanalysistheworkconditionsbetweenthenewandoldshieldinglayersandshowsstructuraldesign．TheplantingsteelbartechnologyandthecushioningmaterialEPSareusedintheshieldings，meanwhiletakethereinforcementmethodssuchaslargediameterbelledpilebaseandenclosed-reinforeed-concretetostrengthenthefoundation．Thesemeasurescaneffectivelystrengthentheintegrityoftheshieldingstructure，avoidcracksthroughtheconcretethenaffecttheprotectiveeffect．IthasconstructedfiniteelementmodelofEPSboardswithconcretecomplexshieldingbyusingANSYSprogram，thestressanddisplacementofcontactelementareanalysed，andthepaperdiscussedthebufferingeffectofEPSboards．Someconstructivesuggestionsareputforwardabouttheone-timeentireconstruction¨ 」 schemaofconcreteandprotectivemeasuresfinally．ItiShopedthattheseresearchcarldeepenthearchitectsftlrtherunderstandingsinthespacecombinationofstrengtheningandrebuildingprojectofradiationprotectivedeparmentandthecorrespondingequipmentsystems，andpromotethecommunicationandcoordinationofengineers，andadministrativepeopleinhospitals，andprovidingsomereferencesforthemedicalenvironmentconstruction．KeyWord：MedicalProcessingAcceleratorRoom，CyberknifeSystem，RadiationShieldingDesigning，ProtectiveMaterial，StrengtheningAndReconstructionMethodsIII 桂林理工大学硕士学位论文目录摘要．IAbstractII目录．IV第1章绪论．11．1研究的背景和意义．11．1．1辐射对人体的影响．11．1．2电离辐射的生物效应．11．1．3射线防护的常用量31．1．4医用加速器的分类51．1．5射波刀放射治疗系统发展概述61．2问题的提出．81．3屏蔽改造加固的研究意义．．81．4本课题国内外研究现状．91．4．1防辐射材料研究进展．91．4．2防辐射混凝土研究进展。101．4．3医用加速器室屏蔽改造加固工程研究现状．101．5论文研究内容及技术路线121．5．1论文研究内容121．5．2论文研究技术路线131．6本文的创新点14第2章医用加速器室屏蔽计算原理及屏蔽防护材料性能分析．152．1前言．．152．2辐射防护的基本原则和基本措施．．152．2．1辐射防护的基本原则152．2．2辐射防护的基本措施162．3医用加速器室屏蔽计算原理和内容。162．3．1主屏蔽设计．．172．3．2副屏蔽设计(c、d、e、f点)．．18IV 桂林理工大学硕士学位论文2．3．3迷路入口处(g点)．192．3．4天棚及天空反散射．．242．4屏蔽防护材料的选用252．4．1屏蔽防护材料的分类．252．4．2屏蔽防护材料的性能分析．262．4．3各种防护材料换算方法．282．5本章小结29第3章医用加速器室屏蔽改造加固方法分析．303．1前言303．2屏蔽层加固设计目的和原理303．3混凝土屏蔽层裂缝控制353．3．1混凝土裂缝分类及产生原因．353．3．2裂缝稳定性的判断依据．363．3．3裂缝控制措施．．363．4新旧混凝土屏蔽层结合面应力分析373．4．1粘结面影响因素．373．4．2新旧混凝土屏蔽层界面的粘结机理．383．4．3新旧混凝土屏蔽层界面力学性能．383．5植筋加固与锚固计算393．5．1植筋加固．393．5．2锚固计算．403．6本章小结．43第4章射波刀系统治疗室屏蔽改造加固工程实例．．444．1工程概况．444．2射波刀治疗室屏蔽估算与评价方法．．．．．464．2．1屏蔽估算方法464．2．2计算结果评价484．3治疗室屏蔽加固做法．504．3．1建筑防护材料．504．3．2屏蔽加固节点做法．．50V 桂林理工大学硕士学位论文4．4EP$缓冲层．5l4．4．1EPS物理化学性质．．524．4．2EPS力学特性524．4．3EPS缓冲应用．．534．5EPS缓冲作用数值模拟分析534．5．1ANSYS程序．534．5．2EPS缓冲层与混凝土屏蔽层数值模拟过程．．544．6本章小结57第5章射波刀治疗室基础加固分析585．1前言585．2基础加固的方法585．2．1基础围套加固法585．2．2人工挖孔扩底墩(桩)基加固法．605．3基础加固设计实例．645．3．1工程地质概况．．“5．3．2结构地基稳定性计算．655．3．3人工挖孔扩底墩基础加固．665．4本章小结68第6章混凝土屏蔽改造施工注意事项及加固后防护效果评价706．1屏蔽改造工程施工注意事项706．2防护效果评价．．7l第7章结论与展望727．1结论727．2展望73致谢．74参考文献75个人简历．．78VI 桂林理工大学硕士学位论文第1章绪论1．1研究的背景和意义1．1．1辐射对人体的影响在日常生活中人们不断受到来自宇宙以及土壤、建筑物、大气、水、食物中所含的放射性核素产生的照射，即天然本底的照射；除此之外，还要受到如接打移动电话，面对电脑、电视，乘坐飞机旅行等其他照射。这种少剂量照射对人体无大碍，因为人类肌体本身具有耐受一定剂量的能力。但是当受到照射剂量积累到一定程度时，机体会受到不可逆转的损伤。如人们记忆犹新的日本广岛原子弹1945年核泄露事件，原子弹爆炸5个月后，约有14万日本人因为受到高剂量辐射死亡，此后出生的大批婴儿患有出生缺陷、脑部萎缩以及各种精神疾病；至今惹人争议的1986年切尔诺贝利核反应堆事故，辐射使约550万人面临患甲状腺癌的风险；就在论文定稿之前，2011年3月11日，日本遭受百年一遇的9级地震，地震引发福岛核电站爆炸，周边辐射值陡增，再次引发民众对“辐射"的高度关注。除此之外，肿瘤患者在接受某些放射治疗时，高的放射剂量可以破坏或消灭癌细胞，但同时也导致周围正常组织细胞受到一定的损失，产生脱发、食欲不振甚至更为严重的副作用；甚至一些装潢材料的放射性物质也会导致疾病的产生。1．1．2电离辐射的生物效应辐射按其与物质作用的不同分为电离辐射和非电离辐射：电离辐射是指叭13、Y、X和中子等射线能引起物质电离或激发的辐射，按粒子带电情况又可分为带电粒子辐射(如a、B、粒子)和不带电粒子辐射(如中子、X和丫射线)。与电离辐射相反，不能引起物质电离的辐射为非电离辐射。如电磁波、声波等。最常见的放射线有：a射线、13射线、丫射线、中子和X射线。绝大多数放射性原子核衰变时主要放射三种射线(或称粒子)，即a射线、13射线及丫射线；对应核衰变时放出射线的不同将衰变分为三种类型：o【衰变、p衰变和丫跃迁。a射线是放射性核素发生衰变时发射出的高速氦核离子流。放射性核素发生衰变时发出的高速电子流即为13射线。与if,射线相比，13射线的电离本领较弱，但贯穿本领较强。Y射线的电离本领也较弱，但贯穿能力强于p射线。有些原子核进行丫跃迁时不放出丫射线，而把能量直接传给核外壳层电子，使该电子释放出来成为自由电子，这个过程称为内转换。中子是原子核发生裂变反应时产生的不带电的基本粒子流，在空气中的 桂林理工大学硕士学位论文射程很大。X射线是一种波长很短的电磁辐射，具有极强的穿透本领，是伦琴在1895年11月研究阴极射线时发现的，故称伦琴射线。X射线的特征是波长非常短，频率很高、在电场磁场中不偏转，它是不带电的粒子流。人们借助X射线产生的干涉、衍射现象来进行医学诊断治疗、工业探伤以及众多基础科学和应用科学领域内的相关研究。特别是近年来对X射线的研究极大推动了放射诊疗设备的发展。电离辐射在人体组织内释放能量，引起体内细胞化学平衡的改变，导致细胞中遗传物质DNA的损伤或死亡，某些改变会引起癌变。射线辐射对人体的危害有两种，一种发生在受照人体本身，一种会影响到后代的成长，按效应发生规律的性质分为随机效应和确定性效应两类。所谓随机效应，就是说其发病率的高低与受照剂量大小有关。辐射致癌和辐射致突变是辐射防护中两项最重要的辐射随机效应。所谓确定性效应(或非随机效应)，是指射线对人体的伤害不存在机率性，指其严重程度与剂量有关，只有所受的剂量超过一定数值时，才能发生这种效应，如急性放射病皮肤放射损伤等。在相同的照射条件下，对射线作用反应强弱不同，这种性质称为辐射敏感性。动物实验和人类流行病学调查都能证明电离辐射诱发人体组织的辐射敏感性增加。电离辐射引起遗传物质的突变不仅是对遗传密码的改变，甚至是对细胞遗传特性的改变。表1．1人体组织的辐射敏感性辐射性敏感组织器官高度敏感淋巴组织、胸腺、骨髓、肠胃道上皮、性腺胚胎中度敏感感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺、肾肝和肺的上皮细胞低度敏感中枢神经系统、内分泌腺(除陛腺)心脏不敏感肌肉、软骨和骨、结缔组织注：资料来源放射卫生防护技术基础与法规表1．2各种组织和器官的放射效应的危险度和权重因子组织或器官效应危险度因数SVq权重因子9／，生殖腺遗传效应(最初二代)0．4x10—20．25乳腺乳腺癌0．25X10—2O．15红骨髓白血病0．2X10‘2O．12脯肺癌0．05X10—1O．12甲状腺甲状腺癌0．05X10—2O．03骨骨肉瘤0．05X10’20．03其余组织其它癌0．5X10qO．032 桂林理工大学硕士学位论文1．1．3射线防护的常用量1、照射量X与照射率[281照射量描写的是空间某一点处的空气吸收射线的多少，是直接度量X射线和^r射线对空气的电离能力的量，可间接反应X射线和Y射线辐射场的一种物理量，其单位为库仑／千克(C·kg以)。不管放射源附近空间某一点处有无人体或其它物质存在。该点处的照射量为确定值。照射量只适用于研究X射线和Y射线。照射量的专用单位为伦琴(R)，国际制单位为库伦／千克(C·kg。1)；两种单位的关系为：l伦琴(R)=2．58X104库伦／千克(C·kg以)1C·kg"1=3．877×103伦琴(R)l伦琴=103毫仑=106微伦同样受到1伦琴的照射，有的是1年中受到的，有的是l天或1秒钟受到的，对人体的影响是不同的。因此引入照射量率的概念，照射率是单位时间内照射量的增量，其单位为库仑／千克·秒，也可以表示为伦琴／，J、时，毫仑纠、时，微伦／秒。p2、吸收剂量D与吸收剂量率如：同样受l伦琴的照射，肌肉和骨骼吸收的能量不一样。因此引入吸收剂量的概念，它表示的是某种物质吸收X射线或丫射线能量的多少；吸收剂量的国际制单位叫戈．瑞，符号是Gy,l戈瑞(Gy)--1焦耳／千克(J·Kg"1)。吸收剂量与照射量呈正比关系。吸收剂量适用于任何类型的辐射和受照物质，并且是一个与无限小体积相联系的辐射量，即受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值。芦，因此，在给出吸收剂量数值时，必须指明辐射类型、介质种类和所在位置。吸收剂量率D是单位时间内的吸收剂量，单位为J·Kg"1．s～，或Gy·S～。3、比释动能K当不带电粒子与物质相互作用释放出次级带电粒子时，不带电粒子的能量转移给次级的带电粒子，我们用比释动能表示这个过程的结果。比释动能的单位同吸收剂量，即Gy或J．Kg～。4、剂量当量射线对人体的影响，除与吸收的能量即吸收量大小有关外，还与射线的种类有关；剂量当量描述了射线对生物肌体危害的大小，是吸收剂量与辐射权重因子的乘积。辐射权重因子是根据外照射或内照射时的种类和能量确定的，体现出某一组织或器官所接受的平均能量。剂量当量的国际制单位为希沃特(Sv)。通常使用：毫希沃特(roSy)，lmSv=0．001Sv微希沃特(1aSv)，1llSv=0．001mSv3 桂林理工大学硕士学位论文表1．3各种辐射有效强度值每年受到的各种辐射有效辐射强度(mSv)天然辐射／自然辐射2．4医疗检查0．4-1．0大气核试验O．005切尔诺贝利事件O．002核能利用(核电站)0．0002高辐射行业职工每人每年受到的辐射核燃料处理1．8应用核辐射的工业O．5核能利用(核电站工作人员)1．12国防O．2医用辐射0．3教育科研O．1航空(飞行员和空姐)3．0采矿(不包括煤矿)2．7煤矿O．7矿物处理加工1．0其他每次X光检查的辐射四肢和关节，10MV)加速器矿可取500Gy／wk。U一使用因子，即初级辐射束(有用束)向某有用束屏蔽方向照射的时间占总照射时间的份额，使用因子U的取值见下表17 桂林理工大学硕士学位论文表2．1使用因子U有用线束固定照射方向U=1旋转式治疗机：有用线束朝向墙壁U=1／4，1／2顶棚U-1116r一居留因子，即在辐射源开束时间内，在区域内最大受照人员驻留的平均时间占开束时间的份额，取值见表2．2表2．2居留因子r全居留丁=1工作室、办公室、候诊室、居住区等常有人居留的地方部分居留T-114公共走廊、人操纵的电梯、无人看管的停车场等有时有人居留的地方偶然居留T=1／16公共浴室、厕所、少量行人车辆通过的地方ggt1-’j’7TC剥’篪黼嚣?j??r．：07i0～：j：二．㈠C_翟≮薯i：’x亏：；，j：，。：：i、d∞a：a．y≯i：oa7，；’●“、I01：：一：：一，、、i：：j■乏i一}、¨：+{一：G掣C0。!≯≯?擘鬈j?：·：≮誊鼍C’；：!：f：7j■’；’i．．一：j’，‘!jee图2．1主屏蔽计算示意图图2．2副屏蔽计算示意图注：以上各点通常取墙体或者防护fl，"l-O．3m处2．3．2副屏蔽设计(c、d、e、f点)初级辐射束不直接到达该屏蔽墙，屏蔽计算只考虑加速器装置头的泄漏辐射和来自患者体表的散射辐射，如图2．2。l、患者体表的散射辐射利用下列公式对患者体表的散射辐射进行屏蔽计算：，18毒一 桂林理工大学硕士学位论文FW—BPS棚二400公式(2．3)‰21at忑at=广---_●Bp==10形Lsca公式(2．4)式中：日船一距离患者dsec米处，屏蔽条件下的剂量当量率；曰，。一副屏蔽墙的厚度对应的透射因子；丸一加速器靶至患者的距离，取lm；口一患者体表对初级辐射束的散射比，由入射的X射线能量及散射的角度决定；矽一工作负荷；丁一居留因子；，一患者等中心lm处照射野面积，取40X40cm2。k脚一副屏蔽墙的厚度，m：硝k一十分之一值层厚度。2、泄漏辐射【32】(Leakageradiation)泄漏辐射剂量率一般按初级辐射束的O．1％计，可利用下列公式对泄露辐射进行屏蔽计算：日，：黑公式(2．5)‘1000d，2B一-{l+【％产】)L=10。7k公式(2．6)式中：月，—讴离加速器等中心点(isocenter)dL米处，屏蔽条件下的剂量当量率；曰，一次屏蔽墙的厚度对应的透射因子；舰一第一个十分之一值层厚度，cm；观—平衡时的十分之一值层厚度，cm；矽一工作负荷；TD居留因子。2．3．3迷路入口处(g点)迷路是防止散射线漫反射到其它房间的防护交通要道。对于低能(≤10MV)加速器仅需考虑X射线；高能(>IOMV)加速器迷路入口处的剂量来自于：X射线H做(约10％)、中子俘获Y射线H。g(约17％)以及中子Hn(约73％)，计算时仅需考虑19 桂林理工大学硕士学位论文中子俘获Y射线和中子。各部分剂量当量率计算如下：1、X射线HTot的计算HTm包括：主射束通过墙G散射到迷路入口处的剂量当量率Hs；装置头泄露辐射通过墙G散射到迷路入口处的剂量当量率HLS=主射束通过患者体表散射产生的剂量当量率Hps=穿过迷路内墙的机头泄露辐射剂量当量率HLT。各部分的剂量当量率计算如下：(1)主束通过墙G散射到迷路入口处的剂量当量率Hs(见图2．3)Ⅳ。：—W—Ua—a—o,4—oa了z一44公式(2．7)(以4畋)2式中：矿一工作负荷；％—墙G的使用因子，取0．25=‰一主束散射面舢的反射系数；4一等中心1m处最大照射野投影在墙G上的面积，m2|吃一主束经迷路表面Az第二次散射时的反射系数；4一主束散射面舢的散射线经过迷路内口发散到迷路外墙内表面的散射面积，m2。(2)装置头泄露辐射通过墙G散射到迷路入口处的剂量当量率％。％=瓮等公式(2．8)式中。三，一距靶lm处装置头泄露辐射率，取0．1％；形一工作负荷；％一墙G的使用因子，取0．25；％一墙G对装置头漏射辐射的反射系数4～从门入口处可见的墙G面积(图中Al的长度×机房净高)，单位：n12；屯一靶至墙G上迷路中心线的距离，m；也一迷路中从散射表面Al到门的垂直距离，m。 桂林理工大学硕士学位论文kfr：：：。：I二量蒸翼≤l≮0．0+’：‘j·‘?‘：j’j，j‘·．：，：‘j：：．．!‘，；：、：P-．d‘7i：··：：f‘电j鏊i’’’，’?i．!：j．‘一．巨篓：：·：，·‘i，．。：?j··7．≯．．．：i二：。Ob卜j：_：嚣一、，，眵i：曩：0一l’。．。·二‘f_’：’-，，一：l：“·：’·『r“叫L：：：．：I．”。1}：㈠?}。G：’I■d；o二。：?。y一■，o—二鬈曩≯∥：÷_簟L。、i』，．：j．：；：ji奠!立：!。二叠0lj：o’。：?7囊j?e图2．3迷路入口处计算示意图(3)主束通过患者体表散射产生的剂量当量率HPs耻盟薏芸等公式(2．9)式中。形一工作负荷；％一使用因子，取0．25；口(9)一患者散射的初级辐射以一定角度入射到墙G的散射比；，一患者等中心lm处照射野面积，取40×40cm2：口。一墙G对患者散射辐射的反射系数；4一从门入口处可见的墙G面积，单位m2；dag：rQ一靶至患者的距离，取lm；叱一患者至迷路中线与迷路墙G交点的距离，m；d。一迷路中从散射表面A1到门的垂直距离，m。(4)穿过迷路内墙的泄露辐射剂量当量率H，r耻华公式(2．10)0一距靶Im处装置头泄露辐射率，取o．1％；∥一工作负荷：21 桂林理工大学硕士学位论文％一使用因子，取0．25；B：．一迷路内墙对装置头泄露辐射的透射因子：破．一靶经迷路内墙至迷路入口处的距离，m；‰惭一泄露辐射沿着dL在迷道内墙中穿过的距离，m；矾一第一个十分之一值层厚度，cm；TVL—平衡时的十分之一值层厚度，cm(5)HTot的计算H融=2．64(fHs+H岱七HPS+H小公式(2．11)f取值如表2．4：表2．4f取值经防护门屏蔽后的‰一曲删计算如下：—．．t．．b．．．a．．r．．．t．q．．e．—r—TVLpbHrot—sMe|d=Hrot×10公式(2．12)式中：‘锄伽一防护门的铅当量，mill∥k一取5IIlIll(取值范围3"--6mm)2、中子俘获Y射线％的计算 桂林理工大学硕士学位论文DB图2．4中子俘获Y射线％计算示意图如=睨×～公式(2．13)．(—堡L)吃=KapAlO彻公式(2．14)鲵=器+等+等渊z·㈣式中：形一加速器的工作负荷，如果是双光子的加速器仅指高能部分工作负荷；吃一防护门处单位吸收剂量的中子俘获Y射线剂量当量，mSVAK—A点处中子俘获Y射线剂量当量与总中子注量的比率，取6．9×10q6；吼—A点处单位X射线吸收剂量的总中子注量：Z仞一中子剂量当量每衰减十倍时在迷路中经过的距离，m(当X射线输出能量为18---25MV时取5．41X射线输出能量为15MV时取3．9)；∥一中子在装置头防护材料中的透射因子(铅材料取1，钨材料取0．85)；Q一等中心点处单位X射线吸收剂量的中子数：母一治疗室的总表面积(不含迷路)，m2；q一图中等中心点到A点的距离，m；d2一图中等中心点到A点的距离，m；经防护门屏蔽后的如．枷。埘计算如下： 桂林理工大学硕士学位论文一!鱼塑Hcg一删=Hcg公式(2．16)xlOTyL哦f栅衙一防护门的铅当量，mm；％一可取6唧3、中子峨的计算见=呒×以．d公式(2．17)风．d：2．4×10-15xcoax#o／S,。×【1．“×10一(惫)+10一(急’】公式(2．18)TVD=2．06x／"夏"l公式(2．19)式中：睨一加速器的工作负荷，如果是双光子的加速器仅指高能部分工作负荷；圮。d一入口处单位X射线吸收剂量的中子剂量当量；瓯／S—迷路内口截面(S。)／迷路径向截面(S。)之比；丌仍一中子剂量当量每衰减十倍时在迷路中经过的距离，m经防护门屏蔽后的巩一m埘计算如下：一!丝唑Hn—s蚰垃=HnxlOnk公式(2．20)，妇眺，一防护l"-J中含硼聚乙烯(BPE)的厚度，mm；删k-45唧2．3．4天棚及天空反散射天棚同初级辐射屏蔽计算。当天棚厚度与主屏蔽墙厚度基本相当时，天空反散射可忽略不计。如图2．5所示的医用直线加速器屏蔽计算程序V1．1，可以准确快捷的得到各屏蔽条件下关注点的剂量当量率，该程序依据NCRPl51报告编制而成，可为屏蔽研究人员进行计算提供一些参考。24 桂林理工大学硕士学位论文一■一■^主■●--矗‘Or—～●哪鬻糍∽^譬然槲---__予‘u，广—一■t-哺■矗至曩一点一曩■f·一)r—一_日葺-_手cT’广—一wu(mTmMee,eJll)厂一侧仙(albTeblee．21：11)广一删坚I计●■墨■●冬锋下曩一点竹一■童■毫-『—————一-帅一矗图2．5医用电子直线加速器屏蔽计算V1．1操作界面2．4屏蔽防护材料的选用屏蔽材料的主要选择依据是射线源的种类和活度、屏蔽的部位和构造形式等。在相应的辐射和温度环境下具有良好的稳定性、机械加工性，衰减曲线好、适应温湿度变化、产生次级辐射影响小的材料，无毒无气味，不分解、不挥发；作为支承结构的屏蔽材料还应具有良好的结构力学性能，选择时要综合考虑成本价位、运输情况等现实条件。正确选用屏蔽防护的材料，不仅可以节省费用，还可以提高防护的效能。2．4．1屏蔽防护材料的分类屏蔽防护材料按性质可分为建筑类材料、金属类材料、铅玻璃类材料、铅橡皮类材料等。1、建筑类防护材料建筑类防护材料是指各种水泥、混凝土、砖、重晶石、防护涂料、成型防护板材等用于基建屏蔽防护工程的材料。2、金属类防护材料金属类防护材料是指用金属与其他防护材料机械加工而组装的各种射线屏蔽防护材料。如防护门、防护屏风、手套箱、小铅罐与储藏柜、铅砖、保险柜等。3、铅玻璃类防护材料铅玻璃类防护材料分无机铅玻璃与有机铅玻璃。4、铅橡皮类防护材料25 桂林理工大学硕士学位论文主要应用于个人防护，如防护衣、防护帽、防护罩等。2．4．2屏蔽防护材料的性能分析传统的建筑防护材料主要有铅、混凝土、水泥、钢板等。表2．3列出了这些材料的防护用途。表2．3防护材料用途防护械料用途主要用于X光或y射线透照室的门，连续透照特种设备的墙，X光透照室工作人员铅用的铅围屏．在利用旧有建筑物并在合理的范围内为了提高原有的墙壁、防护材料性能亦可采用铅．此时铅玻璃观察窗也需要铅来嵌缝．钡砂砖墙嵌缝用铅玻璃x光室及强放射源的操作室上的观察窗，或铅屏风上的铅玻璃．用在强度不高的Y射线辐射处．假如墙太厚而条件不允许时，可采用钡水泥混凝土混凝土或重晶石混凝土．水泥射线用的防护墙，贮藏放射性同位素用的水泥坑．砖射线用的防护墙钢板在特殊情况下采用，如强放射源的操作室墙壁等研究表明，能量吸收和粒子吸收是物质吸收射线的主要方式，如常见的屏蔽材料铅，就具有良好的能量吸收特性，是一种理想的屏蔽高能电离辐射材料；目前对低能X射线的屏蔽一般采用含铅玻璃、有机玻璃及橡胶等制品。但铅的粒子吸收能力较弱，而且质地较软，易变形，有毒性，不宜用作支撑结构的屏蔽体。考虑到含铅氧化物的毒性，现在一般采用混凝土或纤维织物来防护X射线。混凝土成分比较复杂，其防护性能虽然比不上铅、铁，但成本较低，可用增加厚度的方法来加强防护性能。混凝土的另一优点是对多种辐射各能量段均有较好的屏蔽作用，故应用相当广泛，成为现代辐射场中最常用的屏蔽材料。由辐射与物质作用的基本原理可知，材料密度越大，防护效果越好；可通过掺加重集料或密度很大、水化后含结合水丰富的水泥等材料提高混凝土的密度。如采用密度大、含结合水多的重晶石碎石、重晶石砂等粗细骨料(主要成分为BaS04·2H20)制备成的重晶石混凝土，是以普通水泥作为胶凝材料，同时加入水、外加剂按一定配合比拌合形成防辐射混凝土，表观密度大，对X射线和丫射线防护性能好： 桂林理工大学硕士学位论文骨料中有大量的结合水，氢元素含量多，能有效防护中子流。重晶石混凝土浇入模成型后与钢筋骨架共同形成具有特殊防辐射性能的混凝土结构。在实际工程中需要注意的是通过优选原材料和科学的配合比设计，防止混凝土在拌合和成型过程中离析、确保混凝土的表观密度和结构构件厚度符合设计要求，达到预期的防辐射效果。如图2．6为洛阳150医院射波刀治疗室改造中，新增屏蔽层局部采用重晶石混凝土，容重可达到32KN／m3(配合比为水泥：重晶石碎石：重晶石砂子：水--1：5．44：4．46：0．5)。在保证防护效果的同时加强了屏蔽结构的整体性，降低了治疗室占用的外部空间以及对周围建筑的不利影响。表2．4重晶石矿物的主要性质矿物名称化学式化学组成密度(g／cm3)莫氏硬度晶系形状颜色Ba0，65．7；重晶石BaS0．4．52．5_3．5斜方板状柱状灰白S0334．3铁的缺点是耐腐蚀性差。含钡混凝土虽然有比较好的防护防腐效果，但却容易开裂。随着建筑材料科技的发展，现在也出现了不少新型的防护材料，如新型的防辐射涂料，防护效果甚至比同厚度的铅板还要好，可以直接用于砖墙表面，施工方便，表面光洁平整，粘结牢，固化后可作内墙装饰材料达到安全防护与美化环境的统一。目前国内外对于防辐射屏蔽材料的研究与生产已呈现多元化的发展趋势，通过改进传统防护材料的制备工艺，添加各种纤维骨料达到加大材料密度的目的，最终获得良好的屏蔽效果，但是有些高端复合材料的成本较高，还有待进一步改进、扩大应用规模。27 桂林理工大学硕士学位论文图2．6洛阳150医院采用重晶石混凝土增加屏蔽层厚度2．4．3各种防护材料换算方法各种材料铅当量换算可按密度比进行近似换算，但这种方法有一定误差，两种材料有效原子序数和密度越接近、防护材料越轻且能量越大时，误差就越小。如由混凝土换算成重晶石混凝土或砖等重密度材料误差就较小。其公式：反2去×《岛公式(2．21)式中：磊一重晶石混凝土厚度；4—普通混凝土厚度：成—普通混凝土密度；岛一重晶石混凝土密度 桂林理工大学硕士学位论文磊=丛×do公式(2．22)局蟊一砖厚度；吃一普通混凝土厚度；肛一普通混凝土密度；岛一砖密度表2．5相当于lmm铅防护效能的其它材料厚度材料名称密度g／cm3相当于lmm铅的厚度混凝土2．380水泥2．0100砖1．5-1．7120铁钢7．895．8-5．6铝2．760铜8．93．8-4．5铅橡皮4．63-4铅玻璃4．74-5含钡塑料4．25-62．5本章小结本章主要讨论了医用直线加速器屏蔽层的计算原理及计算方法。实践证明，在放射科室的改建工程中，对加速器初级X射线、次级X射线等屏蔽防护进行严谨的、规范的和优化的屏蔽计算是十分必要的。根据计算得到的屏蔽层所需毫米铅当量，通过防护材料换算公式估算出混凝土等防护材料的数量，从中挑选出经济实惠的防护材料进行屏蔽改造。选择吸收材料时以其密度大者为优，但要综合考虑物理化学性能及其成本价位、运输情况等经济性条件。特别是对改造工程，要兼顾治疗室内外的空间及施工条件挑选适宜的防护材料。29 桂林理工大学硕士学位论文第3章医用加速器室屏蔽改造加固方法分析3．1前言考虑到加速器工作时对周围产生辐射影响，治疗室机房屏蔽防护的体积较大，多数医院通常利用旧有机房改造成加速器治疗室使用。这样既不会扰乱放射科室的人流、物流，又免去了拆除厚大屏蔽墙体的麻烦，能够实现资源共享，具有省时、少费用，不占用新地等优势。放射科室的机房一般设置在医技楼一二层或地下层，也有在主楼外形成单独的放疗区，大部分机房采用的是钢筋混凝土结构，考虑到普通混凝土成本低廉、施工经验丰富，改造工程采用混凝土作为首选的建筑防护材料，根据屏蔽层计算结果初步拟定加固方案，之后结合现场环境进行方案的调整，如改造空间受到限制时，可选用密度更大的防护材料以减少屏蔽层厚度。另一方面，加固结构的受力情况不同于新建工程，选用合理的加固方法及措施、避免屏蔽层产生贯通的裂缝是保证防护效果的关键。本章主要对混凝土屏蔽结构的加固设计原理、加固方法以及新旧屏蔽层界面的受力情况进行分析。3．2屏蔽层加固设计目的和原理【33】对结构进行加固的方法有很多，如增大截面法、外包钢加固法、预应力加固法、改变受力体系加固法、外部粘钢加固法、化学灌浆法、水泥灌浆或喷射修补法等。表3．1列出了常见加固方法的特点及适用范围，但这些方法主要是基于不同的加固目的：一是结构构件因为时间的推移，整体或部分受到一定程度的损坏，承载力已不能保持现有的使用状态：二是结构内部产生变化，像用途的改变、工艺的更新等因素需要增加结构的荷载；以上这两种情况在一定程度上可以通过加固的方法提高承载力，满足其使用要求。第三种是对尚不满足当地现有抗震设防要求的结构进行抗震加固。加固总的目的是提高结构和构件的强度、稳定性、刚度及耐久性。由于加固的要求和目的不相同，结构构件的损坏程度也不同，在实际结构加固施工中应结合结构的特点、使用功能、根据可靠的鉴定结果及现场实际情况进行方法方案的评定。图3．1~3．6即根据结构不同部位及受损情况采用的加固方式。1i● 桂林理工大学硕士学位论文表3．1加固方法特点及适用范围加固方法主要特点适用范围传统加固方法、以同种材料增大构件加大截面法梁、板、柱、墙等一般结构截面面积，提高结构承栽能力截面尺寸和外观影响很小，承载能力外包钢加固法提高较大，施工简便，现场工作量较小，大型结构及大跨结构受力较为可靠国际上较先进的加固方法，简单、快正常环境下的一般受弯、受外部粘钢加固法速，对生产和生活影响很小拉构件．及中轻级工作制吊车梁卸荷、加固及改变结构受力三者合而预应力加固法为一的加固方法，承载力、抗裂性及刚度大跨结构及大型结构可同时得以提高增设支撑点，减小结构跨度和内力，增设支点加固法梁、板及桁架等相应提高结构总体承载力不拆或少拆上部结构情况下，拆除、改变使用功能及增大室内托梁拔柱技术更换、接长柱子的技术空间的旧房改造增设支撑体系及剪力增强结构抗水平荷载能力和侧向刚抗侧力加固及抗震加固墙加固法度及稳定性于房屋周边、纵向、横向、竖向增设相应的拉结连系，增强结构整体稳定性，装配式结构抗连续倒塌及增设拉结连系加固法防止在偶然事故发生时出现连续倒塌现抗震加固象恢复或部分恢复结构因裂缝所丧失裂缝修补技术各种混凝土结构的承载能力，耐久性、防水性及美观3l 桂林理工大学硕士学位论文图3．1板底加钢筋梁图3．2箍板共用图3．3梁底端加固图3．4碳纤维加固楼板图3．5有反梁的板顶负弯矩区加固，图3．6新开洞口边的加强钢梁贴角钢(图3．1—3．6资料来源于土木在线)屏蔽加固一般遵循以下工作程序：结构防护效果检测、可靠性鉴定、加固方案确定、加固设计、编制施工组织设计、施工、结构稳定性及防护效果评价。屏蔽防护结构加固改造的目的主要是加强防护效果、达到屏蔽防护标准，工程选用的原治疗室处于正常使用状态，因设备更新，结构功能发生变化，就是上述的第二种情32 桂林理工大学硕士学位论文况。首先需要对原结构构件的强度、稳定性、刚度及耐久性进行检测鉴定。一般加固结构可按下列原则进行承载力的验算：结构的计算简图应根据结构上的作用或实际受力状况确定；结构的计算截面积，应采用实际有效截面积，并考虑结构在加固时的实际受力程度及加固部分的应变滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作的程度。进行结构承载力验算时，应考虑实际荷载偏心、结构变形、温度作用等造成的附加内力；加固后结构重量增加时，尚应对被加固的相关结构及建筑物基础进行验算。混凝土屏蔽结构的加固应综合考虑其经济效果。尽量不损伤原结构，保留具有利用价值的层面，避免不必要的拆除或更换。屏蔽层加固部位主要为屏蔽墙体(包括迷路)和天棚；有地下室的结构，对地面也需要进行验算。对于屏蔽墙体的加固方法同常用的加大截面法相似；机房改造之前，结构的载荷情况一般为正常受力状态。增大屏蔽层之后的结构属于二次受力结构，加固前原结构已经载荷受力(即第一次受力)，而新增混凝土屏蔽层厚度达到1-2m，新加部分在加固后并不立即分担荷载，而是在第二次加载时，才开始受力。因此整个加固结构在其后的第二次载荷受力过程中，新加部分的应力、应变始终滞后于原结构的累积应力、应变：原结构的累积应力、应变，o也：．j、·值始终高于新加部分的应力、应变值，原结构达极限状态时，新加部分的应力应变可能还很低，破坏时，新加部分可能达不到自身的极限状态，其潜力得不到充分发挥。加固：。结构新、旧两部分整体工作的关键，主要在于结合面能否有效地传递和承担这些应力，而且变形不能过大。对于加固屏蔽结构的关键问题之一，是避免混凝土层产生贯通裂缝．．或薄弱层而导致射线泄漏。解决的方法一是要保证地基承载力满足新增荷载的要求，二’．．』是确保新旧混凝土界面有效结合。结合面传递压力，主要是剪力和拉力。混凝土受温度’鼍’：应力的影响，结合面容易产生缝隙，厚薄不均等情况。由于粘结强度低，且离散性大，结合面混凝土所具有的粘结抗剪和抗拉能力有时远不能满足受剪和受拉承载力要求，对于比较薄的屏蔽墙体可通过配置一定数量的贯通结合面的剪切一摩擦筋，利用钢筋所产生的被动剪切一摩擦力来抵抗结合面所出现的剪力和拉力。混凝土加固后结构结合面受剪承载力，根据中国建筑科学研究院结构所的试验研究，可按下式计算：_rs工+0．56p。fJ，公式(3．1)式中：f——结合面剪应力设计值；，V——结合面混凝土抗剪强度设计值，按表3．1选用P肼——横贯结合面的剪切——摩擦筋配筋率，P删=☆／(bs)：‰——配置同一截面内箍筋各肢的全截面面积；33 桂林理工大学硕士学位论文b——截面宽度；s——箍筋的间距；厂y——剪切．摩擦筋抗拉强度设计值。表3．1结合面混凝土抗剪强度混凝土强度等级C10C15C20C25C30C35C40C45C50C60粘结标准值fvk0．25O．32O．390．44O．500．54O．580．420．660．73抗剪设计值fv0．190．24O．290．33O．370．400．43O．460．490．54混凝土标准值fvk1．251．702．102．502．853．203．503．803．904．10本身抗设计值fvO．901．251．751．802．102．352．602．802．903．10剪实用设计中，加固结构承载力的这一降低因素，可采用截面组合系数(或称共同工作系数)、I，予以考虑。根据有关试验研究，、I，值主要与结合面构造处理和施工作法有关。当结合面经凿毛清洁处理，或涂刷胶质界面剂处理，且贯穿结合面配有定量剪切．摩擦筋(板无此要求)时，或构件四面采用封闭式钢筋混凝+围套加固时，在满足式(3．1)要求的前提下，可取、l，=1．O；当结合面为非封闭式光滑表面或油污浸渍表面时，取w-O．8~o．9。加固结构的承载力与新旧两部分的应力差值或应变差值直接相关，与原结构的极限变形值有关，与两部分材料的应力．应变关系有关。从理论上讲，只要这些关系确定，加固结构的承载能力就可用分析的方法求解。今参照《混凝土结构设计规范》GB50010．2002规定，加固结构截面承载力，应按下列基本假定进行计算分析：(1)截面变形保持平面。(2)不考虑混凝土的抗拉强度。(3)混凝土轴心受压的应力吼与应变乞关系为抛物线，按下式计算，极限变形值取乞=0．002式中Z——混凝土轴心抗压强度设计值。(4)混凝土非均匀受压时的应力吼与应变乞关系为抛物线和水平线之组合曲线，按下式计算，极限变形值取气=o．0033。(5) 桂林理工大学硕士学位论文a。：{[2(去]一(去)2]z(占c。≤巳g占fⅣ)公式。。．3，l厂(占。s占。o)钢筋应力吒与应变B关系为直线和水平线之组合折线，按下式计算，受拉钢筋极限变形值取气=O．01BB40直径d(咖)68或1068或10>6>6箍筋设置情况间距s(mm)在植筋锚固深度范围内，s不应大于100mm<201．O1．O1．O1．0植筋直径d(咖)251．151．11．11．051．051．0321．31．21．21．151．151．1注：当钢筋直径介于表列数值之间时，可按线性内插法确定口删值．植筋胶粘剂的粘结强度设计值，应按下表的规定值采用。混凝土强度等级胶粘剂等级构造条件C20C25C30C40>C60A级胶或B级胶而>5d；s2>2．5d2．32．73．43．64．0‘>6d；屯>3．Od2．32．73．64．04．5A级胶毛>7d；屯>3．5d2．32．74．04．55．O注：a．当使用表中的允值时，其构件的混凝土保护层，应不低于现行设计规范GBS0010的规定值：b．表中五为植筋间距；s2为植筋边距；c．表中允值仅适用于带肋钢筋的粘结锚固．3、考虑各种因素对植筋受拉性能影响的修正系数儿。应按下式计算：y^，2驴，6，‘116，w’少r公式(3．10)y¨——考虑被植筋构件受力条件对后锚固搭接性能影响的系数：对悬挑结构构件，y¨=1．5z对非悬挑的重要梁类构件，％，=1．25；对其他构件，％，=1．O；‰——混凝土孔壁潮湿影响系数，对普通型树脂，取y，=1．4；对耐潮湿型胶粘剂，取yw=1．0；41 桂林理工大学硕士学位论文％——使用环境的湿度(T)影响系数，当T≤50"(2时，取沙r=1．0：当50℃80"C，应采用有效的隔热措施。4、构造规定(1)为使所植钢筋能可靠地将外力传递至原构件的钢筋，其最小锚固长度，埘应符合下列构造要求：受拉区锚固：max{O．3，。：10d；100mm}；受压区锚固：max{O．6／,；10d：100mm}。注t对悬挑结构、构件尚应乘以1．5的修正系数。(2)当所植钢筋与原有钢筋搭接时，其受拉搭接长度，l，应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率，按下列公式确定：ll=‘ld公式(3．11)式中f——受拉钢筋搭接长度修正系数。表3．4纵向受拉钢筋搭接长度修正系数f纵向受拉钢筋搭接接头面积百分率(％)<2550100f值1．21．41．6注：a．钢筋搭接接头面积百分率的定义按现行设计规范GB50010的规定采用：b．当实际g-kt接头面积百分率介于表列数值之间时，按线性内插法确定f值：c．对梁类构件、受拉钢筋搭接接头面积百分率不应超过50jc．d．若净间距超过4d，则搭接长度五应增加2d，但净间距不得大于6d．(3)用于植筋的钢筋混凝土构件，其最小厚度‰≥／a+2D式中D一一钻孔直径，应按下表取值表3．5植筋直径与对应的钻孔直径取值钢筋直径d(mm)钻孔直径D(mm)钢筋直径d(film)钻孔直径D(mm)121522281418253216202835182232402025注：表中的钻孔直径D允许有+2ram、一lmm的偏差．对于一般结构的剪力墙加固中的新加横向钢筋和竖向钢筋，原则上应连续穿墙、过42 桂林理工大学硕士学位论文一l一_———————————————————————————————————————————————————————————_——一楼板，中间不得断开，特别是对混凝土体积较大的屏蔽墙体，为了减少钻孔凿洞工作量，避免对原结构造成不必要的损伤，可参考下列连接锚固方法：1、在穿墙、过楼板处采用集中配筋穿孔连接。集中配置钢筋的截面总面积不得小于钢筋网同方向钢筋截面面积，集中钢筋的间距可取钢筋网同方向钢筋间距的3’4倍，且不大于1200ram，集中钢筋与钢筋网的搭接长度，不得小于400ram。2、在穿墙、过楼板处。采用锚栓及乳胶水泥锚固角钢，然后将钢筋网与角钢连接。如图3．8和图3．9是混凝土结构中横墙单面与双面的加固做法。|【平知100150凸?呜夕哆p109150I．．二——．：．．：．I．．—．——．．．．．：．：．．j．I式1／!歹1厂‘1，二产171一；警口j汪＼，，／I卜．7广_Li√一岜I：-～J，’’／／1一么0j√j’’’一案嗍餐。。／凶，jI．、。／●量f_’I譬嗍量^／●8钟：：≮t塑布l兰习峰y’8螂脚钮r-一。酉’=“．蚋翩1洲瞳‘——，·lJ哆蔓1I．9呵J呵图3．8横墙单面混凝土加固做法图3．9横墙双面混凝土加固做法3．6本章小结本章主要讨论了医用加速器室改造加固方法和新旧混凝土屏蔽层结合面的受力情况。机房改造的目的不仅要满足屏蔽防护的需要，还要保证新II了M-蔽层共同承担各种荷载应力。对于混凝土屏蔽层，要控制裂缝对结构的影响，减少影响防护效果的不良因素。新旧屏蔽层的粘合面是加固工程中最薄弱也最容易忽视的部分，需要采取适当的措施，增强粘结度，可以采用植筋加固等方法能够有效加强治疗室结构整体工作性能，减少混凝土裂缝的产生，对辐射防护效果也起到积极的意义。43 桂林理工大学硕士学位论文第4章射波刀系统治疗室屏蔽改造加固工程实例4．1工程概况中国人民解放军107医院肿瘤治疗中心引进射波刀系统(CyberknifeSystemG3)扩大放射科室的治疗规模。射波刀系统射线更分散，单次剂量更大，对工作的环境和安装要求更为严格。现将肿瘤治疗中心的Co．60治疗室改为射波刀加速器治疗室。 桂林理工大学硕士学位论文菩e图4．3Co一60治疗机(作者自摄)图4．4原Co一60治疗室建筑平面示意图i等r．啐、j。争]Jf毕]。』"-r"re墨封一3≮一0238。L，ooo～一目54I．——11130一———————_|主j1j鸯：令图4．5Co-60治疗室建筑平面细部尺寸(mm)屏蔽改造之前要明确原治疗室各细部尺寸。经实地量测，Co-60治疗室建筑面积100．2m2,南北方向II．13m，东西方向9m，单层高4．6m，地下基础埋深1．65m，钢筋混凝土结构，混凝土标号C30。结构处于正常使用状态，稳定性较好。室内迷路宽2．1m，迷路内侧及外侧墙体厚0．9m，东、西屏蔽墙体厚1．25m，南侧0．85m，天棚屏蔽层0．6m。其余细部尺寸参见图4．5平面图及图4．6剖面图。首先需要对原机房屏蔽墙体及天棚进行防护效果评价。然后根据评价结果对机房进行改造加固设计。45 桂林理工大学硕士学位论文4．600≤一飞狻么2乡∥勿蕴∥∥夕彩钐∥么形杉彩万、0’缓隆3昌o囊to寸p～‘u10．000一——＼7八缓’一7：0．600。广，’MOO2100,900．．．．．．．。。．．．．．．。。——，——6380850111130图4．6A-A治疗室剖面细部尺寸(mm)4．2射波刀治疗室屏蔽估算与评价方法4．2．I屏蔽估算方法图4．7射波刀系统屏蔽计算示意图射波刀系统工作能量为61VlV，属于低能直线加速器，只针对X射线辐射做讨论。射线数量多且分散，呈非等中心放射，主射束能照射到治疗室大部分屏蔽层上，四周屏蔽层厚度相当。我们以射波刀治疗室屏蔽东侧外30cm处O点为预测点，对剂量水平进行屏蔽估算。原治疗室东侧混凝土屏蔽层厚1．25m；有用束(主射束)、泄漏辐射在混凝土中的十分之一衰减厚度(TVL)均为33em。假设射波刀预期治疗8例／天，单次剂量12．5Gy,周工作5天。则周工作负荷： 桂林理工大学硕士学位论文W=8x5×12．5=5006y／week公式(4．1)因射波刀辐射源至治疗靶距离为80cm，换算到lm处的周工作负荷：Wpr／=320Gy／week公式(4．2)漏射线周工作负荷为睨=C1Wpr／=15x320=4800Gy／week公式(4．3)C，为射波刀强调因子，取15。根据NCRPl51号报告的剂量估算方法，该点主射束与漏射线的瞬时剂量率以及累积剂量当量也可由下列各式计算得到：／DR州-bon(d+0．8)之公式(4．4)毗=(10。3)衄d之公式(4．5)Rw(pri)=脒驯％‰(成)‘1公式(4．6)如(￡)=四峨睨(反)。1公式(4．7)式中。脒。一、IDRt一有用束和泄漏辐射的瞬时剂量率，．1aSv／h；成一有用束距靶1m处的剂量率，1．54X1081．tGy／h；B、厉一有用束和泄漏辐射透射因子；勘(州)、勘(三)一关注点有用束和泄漏辐射的累积剂量，1．tsV；Wprf、睨一有用束、泄漏辐射周工作负荷；320Gy／week和4800Gy／weekU删一射波刀向关注点方向照射的使用因子，取0．05；d一射波刀典型治疗靶位点至预测点O点的距离，4．8m表4．1射波刀系统主要性能指标项目性能指标射线能量x射线，61dr有用束距靶80cm的治疗野处的剂量率4Gy／minX射线泄露辐射因子10—3治疗野处的照射野0．5cnv-6cm47 桂林理工大学硕士学位论文4．2．2计算结果评价E一0～E◆篷lO叠|O鬻泸t《登]囱圈匹、|、、遴一矧嘲雕一阑鞫■“㈡～刊叫_“_刊．．■～刊剿—湖一．0．．．0≯≯∥■．了．一曩一一誓～一．：I■，工．■．．．J．．，．．．．=|．∥≯譬立7．．，．．-．--．．．．．：-1■刊刊一。一、图4．8射波刀系统治疗室屏蔽设计参数图4．9射波刀系统治疗室迷路入口参数表4．2医用直线加速器机房屏蔽墙体厚度屏蔽墙体主墙副墙迷路天棚(顶)墨巨离(m)4．84．866管理限值(mSv)O．3O．30．30．3屏蔽材料标准混凝土(P--2．35T／cm3)计算厚度(m)2．22．21．31．95设计厚度(m)2．452．451．52．O表4．3混凝土屏蔽层不同厚度时对应的剂量水平混凝土屏蔽厚度周剂量uSv瞬时剂量率uSv／h1257481881．4102200．352．4混凝土层屏蔽厚度为1．25m时，预测点O点主射束和泄漏辐射的瞬时剂量率分别为48llSv／h,0．064SVm；主射束和泄漏辐射的累积剂量分别为5lJSv,2uSV；周剂量为7—11一Sv’小于<放射治疗机房的辐射屏蔽规范》GBZ／T201．1-2007中放射治疗机房外控制区的工作人员的周剂量控制水平(≤100uSv／week)，而瞬时剂量率远大于2．5|lSv／h,不满足周围剂量当量率参考控制水平。根据上述计算原理，对Co．60治疗室其余部分进行屏蔽估 桂林理工大学硕士学位论文一一————————————————————————————_———_————————————————————————_—一算，当前混凝土屏蔽层不能满足《放射治疗机房的辐射屏蔽规范》提出的要求，需要对原治疗室屏蔽层进行改造。东西方向混凝土屏蔽层由原来的1．25m增至2．45m；南侧由0．85m增至2．45m，天棚混凝土屏蔽层厚度由0．6m增至2．0m，其余细部尺寸参见图4．10~4．11。这里考虑泄漏辐射和主束剂量叠加作用，各部分屏蔽厚度偏安全取值。图4．10射波刀治疗室屏蔽改造平面示意图钥图4．11治疗室天棚屏蔽层加厚示意图49 桂林理工大学硕士学位论文4．3治疗室屏蔽加固做法4．3．1建筑防护材料由上节计算结果可知，如采用混凝土材料作为新增屏蔽的防护材料，治疗室东西南三方向分别增加1．2m、1．2m、1．6m，根据现场的情况来看，与邻近建筑物的间距基本可以满足这部分尺寸。若换算成密度较大的材料如钢板、铅板或重晶石混凝土等，尽管能减少屏蔽层厚度，但考虑当地运输条件及现场施工条件，势必会增加经济投入，超出预算成本。而且混凝土有良好的力学性能，因此选定C30混凝土作为新增屏蔽的建筑材料。4．3．2屏蔽加固节点做法l、屏蔽墙体加固考虑到机房治疗室原屏蔽墙体较厚，新增部分采用单面加固，墙体厚度500mm～1200mm，采用双排钢筋(1600mm考虑采用3--4．排钢筋)，钢筋网直径不应小于8mm，一般为10、12mm，这里采用12mm；钢筋间距一般为200ram、250mm，但不应大于300mm，这里取200mm；双排钢筋之间的拉筋直径不应小于6mm，间距不应大于600ram，这里取用①8@600。详见图4．12。在改造施工之前，应凿去原屏蔽结合面风化酥松层、碳化锈裂层及严重油污层、结构抹灰层以及装饰层，直至完全露出坚实基层为止，在此基础上将表面打毛，其粗糙程度越大越好，然后用水冲洗干净。对于新混凝土构件，可直接凿毛和清洁处理。本工程中机房外墙有瓷砖贴面，为保证新旧混凝土屏蔽整体作用，将瓷砖贴面整体去除。如图4．12所示，屏蔽墙体外侧凿毛后进行植筋处理。植筋直径宜用10’16mm，排距不宜小于5倍植筋直径，这里采用12mm@500。钢筋植入深度取15倍植筋直径。y●_植筋虫126500虫12鲍00，／／_●原一I，■屏7I帽郾00蔽双向虫12鲍00一5,00，、。1290图4．12混凝土屏蔽墙体加固做法50 桂林理工大学硕士学位论文图4．13人工凿毛与植筋加固现场图4．14顶棚新增屏蔽层钢筋骨架2、天棚屏蔽加固新增天棚部分的屏蔽厚1．6m，配筋与墙体部分相似，纵横向四排钢筋采用①12mm@200，但考虑到原屏蔽项板整体受压，采用EPS聚苯板作为新旧混凝土屏蔽间的缓冲材料。浇筑混凝土之前要对天棚进行适当卸载，降低浇筑产生的动荷载对原结构的冲击作用。：固婴1胛、、l混凝土顶板纵横向筋’’’。1’i：：|二]：：=v1』1■‘、f1J1Jr、』1J1J、J1J1J1_rL，、J1J1J1■7■f1』1-r、』1J1u]J1J1‘r、J1J1J’、』、J1J1J—L』、一LJ，，建议采用泡沫聚苯板等材料填充i120ai9000．12∞I．．．—．—．．．．．—．——．．．。，．．————，—．．．．．．．．—．—。—．．．．．～114I：：【j[：【。．．—．．．——。．．．———．．．。．．．．．．—．．．．．．．．．．．．．、．．．。．。．．，一图4．15天棚屏蔽层加固配筋图4．4EPS缓冲层EPS聚苯板，全称为绝热用模塑聚乙烯泡沫塑料，一般用作建筑物的外保温材料【35】，是～种轻质、低热导率、物理化学性质稳定、成本较低的节能保温系统，密度小于25kg／m3。众所周知，这种材料具有防止产生热桥、保护主体结构、防止内部结露、冬季热稳定性好、施工操作简便等特点，在降低建筑能耗、减少环境污染等方面都起到了积极作用，不仅如此，近年来在软土地基路堤填筑【361、工业罐体外保温1371等多行业中得到应用推广。在某些特殊行业彰显出独有的应用价值。结合EPS聚苯板的力学特性，我们将这种材料作为新旧混凝土界面粘合缓冲层，并对受力情况加以探析。51 桂林理工大学硕士学位论文一基层墙体一聚苯板粘结砂浆一EPS保温聚苯板一抗裂抹面胶浆——耐碱涂覆玻纤网格布一保温锚栓——饰面层(涂料或面砖)图4．16EPS聚苯板外保温系统构造图4．4．1EPS物理化学性质EPS以聚苯乙烯树脂为主体、加入发泡剂等其它助剂制得，由表皮层和中心层构成蜂窝状结构，表皮层无气孔，而中心层含大量微细封闭气孔，通常其孔隙率可达90％以上，因此具有很好的恢复变形能力‘38】；EPS的化学特性从其本质上说与聚苯乙烯树脂相同，对于芳香族碳化氢、卤族碳化氢、酮类等矿油系药品具有易溶解的性质，对于一般的酸、碱、动植物油、盐类等有较好的抗化学性。此外EPS具有良好的耐久性及耐霉变性。4．4．2EPS力学特性颜志平(2005)通过室内单轴、三轴力学试验，系统地研究了EPS的静力学、动力学性能。试验应力一应变曲线图如下：l∞l∞姜100占舯i∞主∞20O24681012141618O成，EfAS10I暑应童tBi图4．17EPS单轴压缩应力一应变关系图4．19EPS三轴压缩试验应力一应变关系olo20304050∞口，l‘P-图4．19EPS材料与其他材料之间的摩擦性图4．20EPS加卸载应力．应变关系52 桂林理工大学硕士学位论文图4．17显示三组试样的应变在3％q％以后，应力应变关系呈现出非线性，单轴压缩屈服强度超过80kPa，弹性模量较稳定，一般为2．6MPa；图4．18显示EPS材料在压力较低时(q一吼<84kPa)处于弹性状态；压力较高时(q—o"3≥84kPa),EPS出现塑性变形；图4．19显示的是EPS与EPS本身、砂土、混凝土之间的摩擦性状，由曲线走向可知，抗剪强度在30kPa左右。图4．20表明，EPS材料低围压加卸载过程中累积的塑性变形较小，在0．5％以内。研究结果表示，EPS材料在单轴压缩试验以及常规三轴试验条件下均呈现出较典型的弹塑性，加卸载的试验推出实际工程中EPS可以认为是一种弹性材料口61。4．4．3EPS缓冲应用EPS因良好的弹性压缩性在土工中起到减震作用，可作为挡土墙与墙后填土之间的缓冲层，能够减少挡土墙上动力荷载，Andrewl39l和Bathurst等【40】通过振动试验证实了EPS压缩性可以减小墙背所受侧向荷载的假设。王德玲141l等用ABAQUS有限元软件模拟了上述试验，将计算的EPS聚苯板压缩变形分别与FLAC有限差分程序的计算结果、振动台试验的结果进行比较。ABAQUS模拟振动过程所得EPS缓冲层压缩变形随时间变化的趋势与前人试验结果相当一致，且比FLAC的计算结果更接近试验测量的平均值。因此在治疗室混凝土屏蔽层加固过程中，我们可以利用EPS的弹性压缩性能，降低天棚上部新增混凝土对原混凝土结构的冲击力。施工时在混凝土天棚外侧铺设一层EPS聚苯板，EPS与基层之间有效粘结固化后再进行混凝土的浇筑。下面我们用有限元软件模拟加固过程中天棚混凝土屏蔽层添加EPS聚苯板前后的变形情况来鉴别EPS的缓冲效果。4．5FPS缓冲作用数值模拟分析4．5．IANSYS程序目前应用较广的有限元分析工具除了上文提及的FLAC程序和ABAQUS软件之外，还有大型通用软件ANSYS一该软件集结构、流体、声场、电磁场和耦合场以及热学分析于一体的有限元分析功能【421，可以对钢筋混凝土结构在各种外荷载下的受力变形、稳定性以及动力特性进行较为全面的分析。本文采用ANSYS有限元程序对屏蔽层53 桂林理工大学硕士学位论文铺设EPS缓冲层前后的受力情况进行初步模拟分析。常用ANSYS处理器有前处理器(PREP7)、求解-器(SOLUTION)以及通用后处理器(POSTl)。所选的ANSYS／Structral模块可提供完整的结构分析功能，包括几何非线性、材料非线性、各种动力学分析等计算能力。4．5．2EPS缓冲层与混凝土屏蔽层数值模拟过程l、定义单元类型ANSYS提供了150多种单元类型供用户选择。这里模拟对象主要是EPS材料缓冲层和混凝土材料屏蔽层。选用solid45和solid65单元进行分析。对于EPS材料，选用三维实体结构模型Solid45单元，该单元由8个节点结合而成，每个节点有X、Y、Z3个方向的自由度。具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变的特征。ANSYS中的Solid65单元是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。单元包含两部分：一部分是在8节点空间实体单元Solid45的模型基础上，加入了混凝土的三维强度准则；另一部分由弥散钢筋单元组成的整体式钢筋模型，可以在实参数中给定三维空间的各个方向钢筋的编号、位置、角度、配筋率等参数。对于墙、板等钢筋分布比较密集而又均匀的构件形式，一般使用整体式钢筋混凝土模型，因其具有模拟混凝土材料开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力。天棚混凝土屏蔽层的钢筋按构造配筋考虑。2、材料参数(1)EPS材料表4．4EPS材料参数由上表可见，随着密度的减小，EPS的弹性模量降低。数值模拟时，选用密度为16kg·m-3，对应的材料弹性模量为4．5MP钆泊松比选用0．09，屈服强度为30．4kpa。(2)混凝土材料原天棚屏蔽层设计为C30混凝土，弹性模量为30MPa’泊松比为O．2。 桂林理工大学硕士学位论文表4．6屏蔽层混凝土材料参数3、建立几何模型与接触模拟为在短时间内得到模拟结果，只对天棚混凝土屏蔽层近似为10mXlOm×0．6m混凝板进行模拟分析，上铺EPS缓冲层的平面大小与混凝土板等同，厚度采用0．05mi划分网格后对复合板材施加初始边界条件，即约束板周四侧XYZ方向位移。(见图4．21和4．22)考虑到EPS材料的压缩性，EPS缓冲层与天棚屏蔽层之间采用紧密连结的约束方式。为方便结果比较，建立两种板模型：一种是混凝土单板；另一种是EPS材料与混凝土复合作用板。4、加载过程：对上面建好的两种模型分别进行正向均布加载。为模拟混凝土浇筑的加载过程中天棚屏蔽层的变形情况，采用瞬态分析类型。通过拟定随时间变化的应变，确定不同时刻的应力分布，载荷一时间历程示意见图4．23。图4．21复合屏蔽层网格划分模型图4．22施加约束条件图4．23本例的载荷一时间历程示意图一J55 桂林理工大学硕士学位论文图4．24第5s时刻混凝土板应力分布图4．25第5s时刻复合板威力分布图4．26第10s时刻混凝土板-应力分布图4．27第10s时刻复合板应力分布图4．28第15s时刻混凝土板底裂缝分布图4．29第15s时刻复合耘底。裂缝分布4．7．3模拟结果评价求解结束后，进入ANSYS后处理器可以看到结果文件。图4．24和4．25的结果显示第5s时刻，混凝土单板的竖向位移为11．53mm,加了EPS材料的复合板的竖向位移为11．352mm；二者虽然有区别，但差距并不大；接下来，图4．26和图4．27显示出第10s时刻，混凝土单板的竖向位移为30．38mm,EPS材料的复合板的竖向位移为29．68mm，二者相比，复合板的竖向位移变形滞后予混凝土单板变形。尽管这种差距不大，但是从S6 桂林理工大学硕士学位论文图4．28和4．29板底裂缝的对比中，可以清晰看到，加了EPS材料的复合板底裂缝明显少于混凝土单板板底裂缝。从以上模拟结果，我们可以初步断定EPS材料具有缓冲作用，体现在两方面：一是延缓混凝土板的变形，二是减少板底裂缝的产生。这也验证了王德玲等专家的研究结果。4．6本章小结本文研究对象为射波刀系统加速器，X射线较分散，对周围辐射影响比普通直线加速器更大，对屏蔽层要求更为严格。工程案例中选用医院放射科室Co．60机房进行改建，在此之前，我们以IAEA的147号报告和NCRP的151号报告为基础，运用辐射屏蔽原理，对治疗室屏蔽层进行估算。由于在屏蔽层线性厚度计算的过程中，取的参数和计算方法的不同，计算出来的结果并不十分精确，涉及的因素也比较多。对射波刀治疗室屏蔽而言，如果只采用累积剂量控制水平进行屏蔽设计或评价，要充分考虑泄漏辐射和主束剂量叠加作用，不能忽视泄漏辐射工作负荷。当同时考虑剂量率控制水平要求时，可忽略泄漏辐射，累积剂量将远小于控制目标值。但最终计算结果都是以不利于屏蔽的极限条件为依据而选取的，设计偏于安全、可靠。之后根据计算所得结果，对屏蔽薄弱部位进行加固补强。可根据防护材料换算公式估算出屏蔽层所需毫米铅当量以及混凝土等防护材料的数量，结合旧址环境，从中挑选出经济实惠的防护材料进行屏蔽改造。实践证明，在放射科室的改建工程中，对加速器初级X射线、次级X射线等屏蔽防护进行严谨的、规范的和优化的屏蔽计算是十分必要的。工程竣工之后，要保证机房外环境辐射水平均能达到国家标准。新旧混凝土屏蔽层结合面受力情况是影响加固效果的主要因素，对屏蔽墙体采用植筋加固、在新旧天棚屏蔽层之间采用EPS聚苯板等缓冲材料，能够有效加强治疗室结构整体工作性能，减少混凝土裂缝的产生，对辐射防护效果也起到了积极的意义。在此次模拟过程中，只是针对天棚屏蔽结构层和EPS缓冲作用进行了简单的讨论，还有很多参数没有细化分析，比如配筋率的影响、温度的影响、边界条件改变是否也会使EPS缓冲作用产生变化，具体产生多大的变化等等，这些都是需要今后深入研究的课题。57 桂林理工大学硕士学位论文第5章射波刀治疗室基础加固分析5．1前言对于机房改造工程而言，不仅要保证上部结构满足防护的要求，又要保证机房加固之后的整体稳定性。在上一章，我们讨论了通过植筋加固等措施保证新旧屏蔽层可靠连接，此外，还要保证地基承载力满足新增荷载的要求。为避免加固建筑物在施工过程中，或建成后发生不均匀沉降，结构构件出现裂缝，或导致建筑物倾斜或倒塌，需要对建筑物的基础进行安全评估，拟定加固方案并对加固施工措施进行论证。5．2基础加固的方法5．2．1基础围套加固法当原基础底面积不足时，在场地条件允许的情况下，对基础加固多数采用围套加固法，又称包套加固法。要求如下：l、一般加固方法是在原基础的外表面做钢筋混凝土围套，利用围套的混凝土在凝固时收缩而把原有基础套紧箍实，在加固时可视作一个整体。2、基础围套配筋，一般竖向钢筋直径采用12～16mm，当基础面积在2mX2m左右，可用1612；3m×3m左右，可用2014；4m×4m左右，可用2816，竖向钢筋的上端沿着柱的围套布置；下端沿着基础围套外缘，呈辐射状布置。水平钢筋直径一般采用12ram，间距为200ram；柱围套部分的箍筋直径用8mm，间距200mm；柱围套部分的箍筋直径用8mm，间距为lOOmm。3、增大基础面积是采用新加基础钢筋与原基础底板钢筋相焊接的方法，一般新加基础的钢筋直径和间距与原基础底板相同，如验算该截面的抗弯刚度不够，可增高底台阶厚度，钢筋焊接长度不小于lO倍(单面焊)或5倍(双面焊)钢筋的直径。为了加强新旧混凝土的结合，在接触面宜钻孔，植入一定数量的钢筋。基础底面积的扩大，使基础以下土的压缩层变深，可能会导致加固后基础沉降量增大，当地基中有软弱下卧层时，更要注意进行承载力和变形的验算。4、施工时，先把基础周围的土挖到基础底面，为了加强新旧混凝土的结合，除在基础表面凿毛外，还可沿水平挖凿沟槽，深约50mm,间距300-500ram；或在原基础面钻孔植筋，一般钢筋直径用16mm，间距300--400mm，梅花形布置。基础表面的泥土必须清理干净，浇筑混凝土前，在新旧混凝土接触面涂刷一层界面结合剂，在原基础顶面以上的58 桂林理工大学硕士学位论文一段柱表面也要求凿毛及清洁处理，并做上围套，每边厚lOOmm，高为400-500mm。图5．1和5．2显示的是常见普通混凝土结构浅埋基础加固时的构造措施，要最大限度得增加新旧基础连接面积，以保证上部结构的共同作用。图5．3是洛阳150医院射波刀治疗室基础包套加固截面大样图，从图中可以清晰的看到，新增屏蔽层的基础与原屏蔽层基础之间采用12@500mm植筋连接，锚固筋呈辐射状布置，有效增加了钢筋混凝土之间的机械咬合力。新增基础内的配筋也要满足基础加固规范的要求。■■■●■]厂JL．————————————————图5．1浅埋基础做法(一)图5．2浅埋基础做法(二)适用于新增基础宽度大于原基础宽度适用于新增基础宽度小于原基础宽度攀f啦一001i《OgO口007OO0，，}，．，——～，3～400IIfl—．．^一一一一一图5．3基础围套加固59 桂林理工大学硕士学位论文12001000r彳rZHll《>o909|～L型oo唼700一，3600，图5．4围套加固结合桩基加固5．2．2人工挖孔扩底墩(桩)基加固法当地基承载力不能满足改造加固要求时，可以采取注浆法、锚杆静压法、旋喷桩法以及墩式加固法等对原建筑物地基进行处理。根据当地工程地质条件及加固现场条件，我们采用人工挖孔扩底墩(桩)基加固提高地基承载力。一般人工挖孔桩的桩长在6m---40m之间，桩长小于6m的按照墩基础考虑，墩身直径d--0．8~2．0m，扩底直径D《2．肛3．5)d，b／h一般取1／3～1／2，孔深6---20m。这种基础起源于美国，具有承载力高、经济合理、施工速度快，无噪音，无震动，人工挖孔机具简单、效果可靠等优点【43l。l、人工挖孔扩底墩(桩)基研究概况对于扩底墩(桩)的研究应用从上世纪70年代开始，80年代初引入国内，在灌注桩的基础上发展而来，有人工挖孔和机械钻孔两种成孔方式，施工时先将孔底扩为钟形(锅底形)，下好钢筋笼，后浇筑混凝土而成；起初用于工程的托换锚固等技术。目前这种基础形式已广泛用于土木工程、市政工程、码头、电力设施的建设中。但是扩底墩(桩)基础的承载性状较为复杂，需要结合地区的工程地质情况进行研究。国内外专家学者通过大量的现场试验、模型试验以及结果分析对这种大直径扩底墩的承载性状进行探讨，得到了许多值得借鉴的成果。TANDK．E．144]通过有限元法研究了扩底墩的抗拔承载力。叶萌【45】等运用弹塑性有限元分析了扩底墩的荷载传递特性，并分析了其应力场和位移场；高广运、蒋建平等由桩基静载试验推出中短扩底桩的承载力由端阻力控制，端阻 桂林理工大学硕士学位论文力占总承载力绝大部分，有的可以达到80％以上；通过对4个场地的4组扩底桩和直桩的竖向静荷载对比试验说明了扩底桩比等直径桩具有更高的承载能力【461[471。深度厚度层挖孔桩ff9面土类【m)(m)号稍∞。147．8m"1l▲，^。素填土2．802．80ll4．00I．20q黄土状粉2．=，5．201．20H质粘土3，_1"●g-4．Im萎／l西黄土状粉4Id9．Im质粘土16．10lO．90试l_兀件jr15．0mI。黄土状物19．002．90N=质粘土5IIJr17．5"lll2I．002．00oX上茯襁6N质粘土I卜，口12S．8mI●一’2I．6m。124．5m／‘＼耋黄土状耢>157来揭f-嫡篙?质粘土穿；6．00图5．5土层中埋设测试元件的原型扩底桩试验‘棚删O姗800090001：2000Oo侣侣∞惦∞i啪∞∞犸犸∞∞图5。6场地1试桩剖面及荷载一沉降曲线M试验证明，如果以桩顶沉降30rP．JTJ为极限状态，与直桩相比，扩底桩每多用1m3混凝土，桩顶极限承载力可提高1764kN。这一结论为基础的设计提供了重要的参考依据。胡庆红在深厚软土地基中大直径深长灌注桩及扩底桩静载荷及桩身应力应变实测分析基础上，研究了软土中的大直径深长灌注桩及扩底桩的竖向承载性状和荷载传递机理。研究表明大直径扩底桩在低水平荷载作用下表现为摩擦桩性状，在高水平荷载作用61 桂林理工大学硕士学位论文下表现为端承摩擦桩性状。研究者并基于荷载传递法和广义双曲线函数，提出同时应用耦合Mindlin解考虑桩侧摩阻力引起的桩端沉降和Rusch模型考虑高荷载水平下桩身混凝土的弹塑性的方法，建立了大直径扩底桩单桩的解析分析模型【491。冯世进利用三维有限元，建立墩土接触模型，对不同墩身长度下侧阻与端阻的发展过程，以及扩底墩墩身长度、扩底直径和锅底高度对承载力和墩底压力的影响进行了分析。结果发现，随着扩底直径的增加，扩底墩承载力明显提高，基本成线性关系；扩大头锅底高度的增加对扩底墩承载力影响较小，但可以减小墩底边缘的应力集中，锅底高度与墩底直径之比宜控制在0．2~o．3【5们。2、荷载一沉降特性及破坏模式扩底墩由墩帽、墩身、墩脚三部分组成。常采用的剖面形状如图5．5所示。墩底持力层常选在岩石(包括风化岩层)、碎石土、中密一密实砂土和坚硬一硬塑的粘性土层上。本工程选择第三层粉质粘土为持力层。模型试验、原位观测和数值分析的结果表明，扩底墩基础下的地基变形和破坏模式既不同于扩展式基础，也不同于桩基础，就其工作机理分析，墩身起桩杆作用，墩脚类似扩展基础的作用，所以可参考浅基础和桩基础极限承载力的研究成果，来评价扩底墩的竖向承载力【5¨。可借鉴魏锡克建议的刚度指标L判定地基破坏模式【52】：，：————二竺—一’公式(5．1)’2(1+∥)0+qtan缈)式中：E一土的变形模量，MPa；∥—土的泊松比；矽一土的内摩擦角；g一一般取基底下D／2深度处的自重应力，MPa；D—扩底墩扩底直径，m墩底地基土以竖向压缩为主，形成压应力区，扩底墩的沉降主要局限于墩底压力影响的持力层厚度内的压缩变形，这一点由应力变形图可知，墩顶荷载施加后，墩身相对周围地基土向下移动，引起周围地基土对其向上的摩阻力，地基土反受到墩身向下的拉力，所以墩身周围地基土出现拉应力区。试验表明，摩阻变形与端阻下沉变形有很大差值，这一差值引起扩大头附近产生拉应力区，继而发展图示的“八字形"或“伞形"拉裂缝t531，墩底周围地基土向上隆起很小。因此对周围土体影响较小，加固效果较好。62 桂林理工大学硕士学位论文一-_———_-——__————-_———-_——_————_l__———●____———————____-l—-_●__-—一111‘拉度力区型出，1『1}夕‘慕攀。。。nOe"k～(鼍晕删量一面Et霉笃豢麓覃百面∞e蔷．吕≈■：图5．7地基土拉应力变形分布示意图图5．8人工挖孔扩底墩剖面大样图3、扩底墩基础设计内容对于扩底墩基础的设计关键是确定墩端承载力的大小，目前尚未统一规范，需要结合实际工程地质条件及地区性经验进行承载力的确定。概括为三种方法：原型静载试验、理论计算与经验估算，参照《建筑地基基础规范》GB5007-2002以及《建筑桩基基础规范》JGJ94．94，我们给出以下扩底墩基础设计的步骤：按材料强度：d≥√=画兀丽(I)初选墩身直径d公式(5．2)按柱截面尺寸：d≥d。+400公式(5．3)式中，Q一柱轴力设计值，N；疋一墩混凝土轴力抗压强度设计值，MPa；d‘一圆柱尺寸(mm)；体一为修正系数墩身直径取上述两个结果中的较大值，同时控制成本投入，设计时尽量缩小墩身直径，主要依靠扩底端提高承载力。(2)墩端承载力R础计算R嘛=巾p‘Ae’qp公式(5．4)63 桂林理工大学硕士学位论文式中，九一面积修正系数：4一墩端底面积，m2；gp一墩端承载力标准值，kN(3)墩侧阻力如计算：如=7C"d·∑(g崩·厶)公式(5．5)式中，d一墩身直径，m：厶一为按土层划分的各段墩长，m；口出一为第f层墩周土摩擦力标准值，kN：对于墩身小于8．0m的短墩，可不考虑墩身侧阻力作用(4)单墩承载力标准值计算及控制条件承载力标准值计算：RK=Rpk+Rst公式(5．6)控制条件：(Q+I．2w)≤R(轴心受压)公式(5．7)式中：W一墩身自重，近似5kN／m2；R_一为单墩承载力设计值，R=1．2心5．3基础加固设计实例5．3．1工程地质概况本工程参照山东圣凯建筑勘察设计院所做的《中国人民解放军第107医院肿瘤治疗中心扩建岩土工程勘察报告》(编号：yk2008-19)，本工程部分土层参数详见下表：表5．1土层参数层号土层名称厚度(m)层底标高(m)地基承载力特征值f．。(kPa)1杂填土1．10～2．90一2．13一一2．692粉质粘土O．90～1．70一4．23～一3．031303粉质粘土10．2～14．80—18．53～17．51270注：表中未列出(4)～(6)土层及平均厚度：(4)全风化大理岩，约3m；(5)强风化大理岩，约2m；中风化大理岩，约3m．勘察期间钻孔干钻未揭露地下水，场地土对混凝土结构不具备腐蚀的客观条件．64 桂林理工大学硕士学位论文5．3．2结构地基稳定性计算l、地基承载力计算公式既有建筑地基基础加固或增加荷载时，地基承载力计算应符合下列公式【54】：在轴心荷载作用下要求：Psf公式(5．8)式中，p一基础加固或增加荷载后基础底面处的平均压力设计值，p：_F+G．厂一地基承载力设计值。对于外套结构或增层荷载作用于新设基础上的室内增层时，为天然地基承载力设计值。卜基础加固或增加荷载后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值；G一基础自重和基础上的土重设计值，在地下水位以下部分应扣去浮力；√卜基础底面面积当基础宽度大于3m或埋置深度大于0．5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：／亏么+编厂(6—3)+协‰(d-O．5)公式(5．9)式中：厂—修正后的地基承载力特征值；厶一地基承载力特征值：钒、巩一基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表取值；，，一基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度：卜基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；儿一基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d一基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。当偏心荷载作用时，除应符合上述公式外尚应符合下列要求：pm“s1．2f公式(5．10)‰“≤_F+广G+万M公式(5．11)65 桂林理工大学硕士学位论文‰≤_F+rG一万M公式(5．12)式中：‰一基础加固或增大荷载后基础底面边缘的最大压力设计值。M一基础加固或增大荷载作用于基础底面的力矩设计值；W二基础底面的抵抗矩；‰一基础加固或增大荷载后基础底面边缘的最大压力设计值上述验算不能满足要求时，应通过地基处理、基础加宽、加深或改变基础形式等方法解决。基础有裂缝时应进行加固处理【55】。2、地基承载力验算验算过程参照原Co．60治疗室结构设计施工图与工程地质情况，当原始图纸资料与实际情况有出入时，需要依据现场情况进行设计的调整。原治疗室结构采用钢筋混凝土条形基础，基础埋深1．65m，基础宽1．2m，以第一层粉质粘土为持力层，地基承载力特征值130kPa。，地基土的重度为y=18kN／m2，混凝土容重25kN／m3；改建要求治疗室东西南三个方向屏蔽墙体增至2．45m，天棚增至2．0m。经验算，改造后东侧屏蔽层基础底面的平均压力设计值最大31lkPa超过原地基承载力特征值。考虑到增大基础宽度对临近建筑有不利影响，为保证新旧承重体系共同作用，减少不均匀沉降，必须进行地基处理，提高新增屏蔽墙体的地基承载力。5．3．3人工挖孑L扩底墩基础加固本工程室内外高差600mm，治疗室东侧墩上荷载为1235kN，(持力层厚3m，本工程按墩基设计)墩长4．2m，墩身混凝土C30，墩底两侧各扩大600mm。墩端进入第(3)层粉质粘土层中深度不小于lm。表5．2人工挖孔墩墩基设计参数＼侧阻极限极限端阻Ⅶ目桩径序孑＼岩土名称深度(m)厚度(m)标准值标准值(m)截面积(kPa)(kPa)＼．1粉质粘土3151．2O．8O．5032粉质粘土1336890023．1423合计423．142(1)墩身的直径计算 桂林理工大学硕士学位论文d>x／aQ／O孕,cfc)=x／。4’’。。x。。。。。1。。。2’’’。3。。。5。。。。0。。。。0。。。0。。。。’／‘。。(。。。3。。。。．。。1。。。4。。。。x。。‘。。0。。’。．。’6。。。。x。。。‘‘1‘。。4。。。。．。。3‘‘)。=428．7mmd≥d’+400=428．2+400=828．2mm，按照建筑桩基技术规范的规定以及现场实测情况，选择墩身直径为800mm，墩扩底直径为2000mm。(2)墩端承载力R础砟=扼面=万呵丽=o．80Rpk=砟’Ap％=o．80×三×22×900=2260kN如=0(这里忽略墩侧极限阻力作用)(3)单墩承载力标准值及控制条件RX=Rpk+R矗=2260kNR=1．2＆=2712kN(州删)=1235+1．2x(xx40．82．×3+半×1．2)×5=1276圳≤R=2712kN(4)墩身配筋．．墩身竖向配筋为HRB335，14016，配筋率p为O．5％。满足建筑桩基技术规范的(4．1．3．1)规定。焊接加强筋为①12@2000，箍筋为08@200。因本工程周围环境较特殊，新增屏蔽体积较大，不单独设置承台拉梁，采用加强屏蔽层底部加强纵向钢筋的方式代替，近似深梁受力。纵筋伸入屏蔽内600mm。，●V1一II’5--800．L‘i●7575●●：●●33II—口6例5(●●—／双向●●●1，。一●--●●rI●●●，1100i——图5．9人工挖孔扩底墩泥浆护壁大样图图5．10扩底墩浇筑完成67 桂林理工大学硕士学位论文扩底墩位平面布置图如下：29801钟n．7250一一i1600．．．1130．2此。．500D舢∞鲢kr800强g一ij·．·壹L·◆·二一·●li，一量^翌年oa、卜fu·髓n品捌Lilt7●、京n●量量50mm金●甑叫————_、口卜，疗l～aoh10．0∞o∞nU萄It●l-td一蔓ad‘u}自10005000J037(加}寸n引i■‘j▲、，，i▲：，▲、崮攀鲁+，一丐，_’●一邑爿‘．‘坩：800、D500{，830111301600．13230图5．Il墩位平面布置图5．4本章小结本章主要讨论了基础的加固方法一基础包套加固法与人工挖孔扩底墩(桩)基的设计。目前，深埋基础的设计，常以地基土强度作为控制条件，在确定扩底墩基础承载力时，取诸法中之最小值或单凭经验估算，致使基础设计过于保守或不安全。本文采用的计算方法及加固形式，是在判别地基破坏型式的基础上，考虑上部结构特点、基础工作性能、地基变形特征值以及减少不均匀沉降措旅之后进行综合评价，确定承载力设计值。采用此法指导设计，能充分发挥地基土的承载力，较大幅度地降低基础工程造价，有助于上部结构设计及计算参数取值。墩基础施工完毕后，经相关部门的检测与验收，单墩竖向极限承载力均比设计值高出50％以上，方案经济可行。墩基施工中还要注意以下几点：l、施工单位必须对孔深、孔径、进岩深度、垂直度随时检查、孔底虚土清除后，需经有关人员检查合格后，方可安放钢筋笼，然后进行混凝土灌注。 桂林理工大学硕士学位论文2、墩身混凝土应连续灌注、分层振捣密实，不得有松散混凝土和浮浆，墩顶标高和质量应符合设计。为确保施工安全，孔上口应设栏杆，孔内应放钢网板，扩底成型不加混凝土护壁时，对孔底操作和检查人员必须有切实的安全防护措施。3、为确保施工安全，应有专门向井下送风设备，风量不少于25L／s。4、墩身质量除对预留混凝土试件进行强度等级检验外，采取声波透射法进行现场检测。 桂林理工大学硕士学位论文第6章混凝土屏蔽改造施工注意事项及加固后防护效果评价6．1屏蔽改造工程施工注意事项进行屏蔽加固改造工程的施工组织设计时，应充分考虑下列情况：1、医院放射科室的门诊量较大，日常诊疗工作不能受N；"I-界干扰，加固工程须在不停产或尽量少停产的条件下进行，因此要组织好人员分流；施工现场狭窄、场地拥挤、拆除和清除的工作量大，施工需分段、分期进行。尽量降低对周围环境的影响。2、由于大多数加固工程是存在承载或部分承载的情况下进行的，因此，施工安全非常重要。其主要措施之一是，施工前对加固构件进行适当卸载，如在浇筑顶棚混凝土之前，要在治疗室内部对顶棚采取支撑措施，避免大体积混凝土对原天棚顶板造成瞬间冲击。3、治疗室东侧墙体与相邻墙体之间的距离刚好为需增加的屏蔽层厚度，这就给混凝土支模带来极大难度。在保证临近建筑不会产生不均匀沉降的前提下，工程采用泡沫聚苯板材料代替钢模进行支护填充，浇筑混凝土时将聚苯板材料整浇在一起，这样不仅解决了支模困难的问题，又保证了屏蔽效果，同时发挥了混凝土结构整体工作的优势。聚苯板材料属于保温隔热材料，对混凝土的养护起到关键作用，减少了温度裂缝的产生。这一工程做法在今后改造加固工程中值得推广。4、混凝土屏蔽层裂缝控制是整个加固工程中的关键，防护要求混凝土密实度高，要一次整体浇筑，屏蔽层主体部分不能留贯通的施工缝：浇筑混凝土量较大，建议采用“分段顶点、同一坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的浇捣原则。在大体积混凝土浇筑前，按要求事先布设测温传感器，随时掌握混凝土实体内的温度变化，控制大体积混凝土实体内外温度差控制在25"C以内，防止水化热反应产生裂缝；养护时间不少于14d。5、防止屏蔽层混凝土出现裂缝的另一个方面是重视配合比的试配，尤其在选用水泥性能，选择优质粉煤灰及掺加微膨胀剂、减水增强剂及测温、养护等要素上要进行综合控制。6、此外，在机房设计时考虑设备运行时产生的有害气体和余热，需要设置聚光灯、并联锁装置的指示灯和考虑电视照明：地面可做成容易冲洗的塑料地面和水磨石。为了防止中子的反射，墙面应先刷几道沥青或铺一层油毡外罩；饰面的材料宜采用吸音而又不容易积灰的材料。为了方便机器的安装和检修，顶棚上宜设置工字钢。7、为了防止射线的泄漏，所有进出治疗室的各种管道和线路均应预留、预埋，应尽可能避免各种管线穿越；当必须有管线穿越时，预留预埋的管道也要有相应的迷路设计，绝不允许混凝土成形后钻孔。 桂林理工大学硕士学位论文图6．1射波刀系统剂量校准图6．2安装好的射波刀系统6．2防护效果评价根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》等相关国家标准，本屏蔽设计采用放射工作人员年有效剂量约束值小于2mSv,机房周围公众成员的个人年有效剂量约束值为0．1mSv。由此得出以下结论：l、通过对该工程屏蔽设计的审查和计算，并对项目主体工程辐射防护屏蔽的合理性进行了论证并提出相关建议。认为该加速器机房的选址是适宜的、屏蔽设计是安全的，能保证放射工作人员和周围公众所受照剂量低于国家标准规定的限值。2、通过对医用电子直线加速器安全系统的分析，认为该装置采取相应的辐射安全措施，预防发生意外事故是可行的。3、通过对项目竣工验收和放射防护监测，对拟建立的相应规章管理制度、防护措施的分析，认为项目投入运行后是安全可靠的。4、整个项目的运行成本都控制在预期范围内，基本达到了优化设计的效果。7l 桂林理工大学硕士学位论文第7章结论与展望7．1结论1、本课题以辐射对周围环境的影响为研究前提，以射波刀系统治疗室屏蔽改造工程为主线，系统地探讨了辐射屏蔽层计算原理及方法、屏蔽防护材料的选用以及屏蔽层改造加固方法的应用、总结了施工过程中的注意事项。内容涉及到医学、原子物理学、土木工程、环境工程、材料工程等多学科领域。2、以IAEA的147号报告和NCRP的151号报告为基础，运用辐射屏蔽原理，对治疗室屏蔽层计算结果表明射波刀系统治疗室格局不同于其他直线加速器机房。因为射波刀系统射线更分散，单次剂量值更大，故其屏蔽层体积更大。由于在屏蔽层线性厚度计算的过程中，取的参数和计算方法的不同，计算出来的结果并不十分精确，涉及的因素也比较多。对射波刀治疗室屏蔽而言，如果只采用累积剂量控制水平进行屏蔽设计或评价，要充分考虑泄漏辐射和主束剂量叠加作用，不能忽视泄漏辐射工作负荷。当同时考虑剂量率控制水平要求时，可忽略泄漏辐射，累积剂量将远小于控制目标值。但最终计算结果都是以不利于屏蔽的极限条件为依据而选取的，设计是偏于安全可靠的。3、本文对医用加速器室屏蔽层改造加固方法进行了深入系统的分析总结；结合改造过程中所应用的植筋、锚固、增大截面法、基础包套以及人工扩底挖孔墩(桩)基等加固技术，进行了理论分析与工程实例说明。这些方法不仅能加强结构的整体工作性能，还能有效减少混凝土屏蔽层的裂缝，降低射线泄露的概率，避免对周围环境造成不利影响。对于维护医疗生态环境与建筑结构安全有重要意义。4、运用ANSYS有限元瞬态模拟EPS聚苯板在新旧混凝土屏蔽层中的缓冲效应是本课题创新研究的一个重要方面。研究结果显示EPS材料具有缓解冲击荷载，降低新增荷载对旧屏蔽产生的不利影响，减少板底裂缝的效果。该结论对今后加固工程新旧混凝土界面处理提供了新的思路。5、射波刀系统治疗室是在旧有防辐射机房的基础上进行改造的，能够充分利用医院现有基础设施资源，改造过程省时、少费用，节约用地；结合适宜的防护材料及改造加固措施取得了显著的工程经济效果。6、文章最后提出几点控制混凝土屏蔽裂缝的施工注意事项，其目的不仅是保证结构的可靠度，还要保证屏蔽的防护效果。这一点是一般加固工程较少提及的。由于篇幅有限，未能展开论述，希望能为同行业技术人员提供一定的参考。 桂林理工大学硕士学位论文7．2展望1、随着科技的发展，电子行业的进步，新一代直线加速器的应用不仅仅是在医学上，如核电站、工业探伤等等都会涉及到辐射防护的问题。对于相关从业人员需要了解防护的基本原理，来保证自己和他人的健康。对工程建设人员就更为重要。建议加大对辐射防护相关知识的关注，更有利于各行业的人们共建良好的生活环境。2、实践证明，在放射科室的改建工程中，对加速器初级X射线、次级X射线等屏蔽防护进行严谨的、规范的和优化的屏蔽计算是十分必要的。工程竣工之后，要保证机房外环境辐射水平均能达到国家标准。3、由于本人水平有限，ANSYS模拟过程中，只是针对天棚屏蔽结构层和EPS缓冲作用进行了简单的讨论，还有很多参数没有细化分析，比如配筋率的影响、温度的影响、边界条件改变是否也会使EPS缓冲作用产生变化，具体产生多大的变化等等，这些都是需要今后深入研究的课题。对混凝土屏蔽层加固全过程进行的有限元分析是有一定难度的，在分析过程中，混凝土材料模型的选择也是比较关键的，合理的选取单元类型、材料模型、收敛准则、破坏准则，以及对ANSYS程序求解器的正确运用，是今后研究的重点。4、针对目前大量改扩建工程的开展，国内已经出台了混凝土结构加固技术规范，基础加固设计规范等参考资料。如能对防护结构的加固方法进行更为深入系统的研究总结，并制定出版相应的设计施工规范，相信会对整个建筑行业起到一定的推动和规范作用。73 桂林理工大学硕士学位论文致谢三年充实而紧张的研究生生活不知不觉已接近尾声，我的人生又添了一道独特的风景。在此要特别感谢我的导师肖明贵教授，无论是从论文的选题还是到论文的撰写及定稿，都凝聚着导师的心血。导师求真务实的学术作风、严谨慎密的治学态度、不屈不挠的开拓创新精神、坦荡的胸襟和极强的事业心，为我指明了前进的方向，让我受益终生。在此谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!还要感谢金凌志老师、曹霞老师、孙刚臣老师等各位师长在我的研究生学习期间对我的指导和帮助!感谢一O七医院陈晓芳院长、边科玮主任，合富集团张高山工程师，山东圣凯建筑设计有限公司吴本国总工、牛世强经理、王文魏工程师，烟台市建筑设计研究院吴宇工程师、李卓莹工程师等前辈以及单位的各位同事在我实习调研期间提供的资料与无私的帮助!感谢好友谢旦、李丽，以及我的师兄、师姐、师弟师妹们在生活和学习中提供的帮助!感谢所有在学习和生活中给予我支持和鼓励的老师和同学们!感谢我亲爱的父母、亲人在我求学的道路上给予的极大帮助和支持；他们的支持与理解，关怀和鼓励是我人生前进的动力!特别感谢我的父亲，为我的学业、工作默默付出得一切!女儿今后一定加倍努力，不辜负您的期望!最后感谢各位专家和老师在百忙中评阅本文!刘婷 桂林理工大学硕士学位论文参考文献[1]方杰．辐射防护导论[M]．北京：原子能出版社，1991．15-119[2]国际放射防护委员会(ICRP)．国际放射防护委员会1990年建议书，第60号出版物[M]．Pergmon，1991，4[3]国际原子能机构(IAEA)．安全丛书N0．115，国际电离辐射防护和辐射源安全的基本标准[M]．维也纳：国际原子能机构(IAEA)，1997[4]国家标准GBI8871．2002．电离辐射防护与辐射安全基本标准[M]．北京：中华人民共和国，2002，10[5]SelmanW．ClinicalNeurosurgery[M]．Baltimore：Williams&Wilkins，1991：112～131．[6]AdlerJR，ChangSD，MurphyMJ，etal．TheCyberknife：aframelessroboticsystemforradiosurgery[J]．StereotactFunctNeurosurg，1997，69(1)：124-128[7]李兵，封其卉，沈君姝．射波刀—·全身肿瘤立体定向放射外科新设备．医疗卫生装备，2009，30(1)：37～39[8]Coste-ManiereE，OlenderD，KiibyW，etal．Roboticwholebodystereotacticradiosurgery：clinicaladvantagesoftheCyberknifeintegratedsystem[J]．IntJRoboticsandComputerAssistedSurg，2005，2(1)：28～39，[9]张桂敏，郭建梅，周成飞等．医用射线防护屏蔽材料的研究及应用[J]．中国辐射卫生，2005，14(3)：184~185[10]张本东，姚俊双，吕勇，等．移动式X射线探伤防护车[J]．无损检测，2005，27(9)：894[11]HuHuasi，XuHu，ZhangGuoguang，eta1．Optimizeddesignofshieldingmaterialsfornuclearradiation[J]．AtomicEnergySciTechn，2005，39(4)：363[12]LiShijun．Fittingfunctionofbroad—beamtransmissionofmedicalXandgammaraysthroughleadandconcrete[J]．RadiationProtection，2001，21(6)：342[13]梁威，杨青芳，马爱洁，等．防辐射纤维及材料的研究进展[J]．玻璃钢／复合材料，2005，15(5)：51[14]ZhangCaiyun，WuHaishun．StructureandstabilityofendohedralcomplexesX@(HAlNH)12(X=He。Ne，Ar，Kr)[J]．ChineseJStructChem，2005，24(6)：684[15]LiuLi，ZhangLiqun，ZhaoSuhe，eta1．Reviewonrareearth／polymercomposite[J]．RareEarths，2002，20(4)：241[16]LiuLi。ZhangLiqun，JinRiguang．Reviewonrareearth／polymerComposite[J]．ChineseRarthEarthSociety，2001，19(3)：193[17]QiLu，YeJianzhong，ZouJianzhu．Studyonproprertiesofmagneticfibermaterials[J]．TianjinPolytechnicUniversity，2004，23(3)：2275 桂林理工大学硕士学位论文[18]齐鲁，段谨源，王学晨等．防X射线纤维的力学性能及屏蔽效果[J]．纺织学报，1995，16(2)：87[19]YangCheng，LiuLi，eta1．StudyonX-rayshieldingpropertyandmechanicalpropertyofGd(从)3／NRcomposites[J]．ChinaSyntheticRubberIndustry，2004，27(1)：49[20]刘显坤，刘颖，唐杰等．辐射屏蔽材料的研究进展[J]，材料导报，2006，20(6)：32～35[21]王萍，王福川．防辐射混凝土的试验研究[J]．建筑材料学报，2000，3(2)：182～185[22]刘霞，赵西宽，李继忠等．重晶石防辐射混凝土的试验研究[J]．混凝土．2006，201(7)：24-25[23]伍崇明，丁德馨，张辉赤等．屏蔽混凝土用原材料性能试验研究[J]．混凝土．2007，218(12)：6l～64[24]陈清己．重晶石防辐射混凝土配合比设计及其性能研究：[硕士学位论文]长沙：中南大学土木工程材料，2010[25]原锦，林玉峰，程惠华．钻q0机房改造成6MY直线加速器机房的放射防护评价[J]．福州总医院学报，2006，13(2)：96--97[26]邹传学，鞠文忠，肖杰．大体积防辐射混凝土结构施工技术[J】．青岛建筑工程学院学报，2005，26(4)：llO～l13[27]王龙志，吕世军，李宗才．泵送重晶石防辐射混凝土在千佛山医院直线加速器机房工程中的应用[J]．山东建材，2007，4：37．-．．40[28]林殿科．伽玛刀治疗室混凝土屏蔽厚度的设计[J]．辐射防护通讯，1996，16(1)：22-24[29]王洪林，陶莉，陈剑等．医用直线加速器室辐射屏蔽防护的优化设计[J]．复旦学报(医学版)，2006，33(4)：556-,．558[30]李军，郑洁，杨洁．医用电子直线加速器室辐射屏蔽防护设计[J]．干旱环境监测，2009，23(2)：86-90[31]赵尧贤，吴寿明，罗进等．IOMV医用直线加速器机房屏蔽设计及评价[J]．浙江预防医学，2008，20(1I)：33[32]李兵，沈君姝，戴威等．射波刀的吸收剂量校准[J】．中国医学物理学志，2010，27(4)，1969—1972[33]李国胜．建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理一附实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006[34]杨烨．混凝土结构加固中界面的粘结方法及性能研究：[硕士学位论文]．西安：西安科技大学，2006[35]唐平志，高振虎，杨宗耀．EPS复合式保温技术在建筑外墙保温的应用[J]．邵阳学院学报(自然科学版)，2005，(4)：85—86[36]顾志平．泡沫聚苯乙烯(EPS)力学性能的室内试验研究[J]．中南公路工程，2005，30(4)，43,-．45[37]刘婷，肖明贵，曹霞等．EPS保温系统在工业罐体外保温中的应用[J]．新型建筑材料，2009，7，32—33．[38]刘瑞栋．生态环境与建筑材料发展趋势的探讨CJ]．化学建材，2001，(6)，6~9[39]AndrewPG·Geofoambuffersforrigidwalls：Aninvestigationintotheuseofexpandedpolystyreneforseismicbuffers[D]·Canada：Queen’SUniversity，200076 桂林理工大学硕士学位论文[40]BathurstRJ，SamanZ。AndrewG·Shakingtabletestingofgeofoamseismicbuffers[J]·SoilDynamicsandEarthquakeEngineering，2007，27(4)：324．-,332[41]王德玲，沈疆海．挡土墙振动台试验的EPS压缩变形数值模拟比较[J]．长江大学学报(自然科学版)，2010，7(3)：141—142[42]SaeedMoaveni．有限元分析一ANSYS理论与应用(王崧，刘丽娟，董春敏等译．)[M]．北京：电子工业出版社，2009，405～457．[43]郑睿，大直径人工挖孔墩基础设计[J]．长江工程职业技术学院学报，2009，26(1)：31—32[44]TAND．K．E，VIPULANANDAN．C．Modelingofload—displacementbehaviorofunderreamedfootingsinjoint—edclaysusingFEM[J]．GeotechnicalSpecialPublica-tion．2005，(129)：324～343[45]叶萌，宰金璋，汪中卫．扩底桩的应力与变形机理分析[J]．结构工程师，1998，(4)：35—41．[46]蒋建平，高广运，顾宝和．扩底桩、楔形桩、等直径桩对比试验研究[J]．岩土工程学报，2003，25(6)：764—766[47]高广运，蒋建平，顾宝和．同场地扩底桩和直桩的对比研究[J]．岩土工程学报，2005，24(3)：502～506[48]高广运，孙雨明，吴世明．人工挖孔扩底桩竖向承载性状．工程勘察，2002，29(1)：Il～13．[49]胡庆红．大直径扩底桩试验研究与数值分析：[博士学位论文]浙江：浙江大学建筑工程学院，2007[50]冯世进，高广运，郭星宇．大直径扩底墩考虑尺寸效应竖向承载性状研究[J]．地下空间与工程学报，2008，4(5)：840,846[51]张聚山，王俊林．扩底墩基础设计与分析[J]．岩土工程学报，1996，18(3)：69—73t．：[52]钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算[M]．北京：中国水利水电出版社，1996[53]何颐华，王铁宏．高层建筑大直径扩底桩的设计与计算[D]．北京：1995[54]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002[55]唐业清等．建筑物改造与病害处理[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000 桂林理工大学硕士学位论文个人简历1、个人概况：刘婷：女，汉族，1985年7月15日生，山东省烟台人；2008年7月毕业于青岛理工大学琴岛学院土木工程专业获工学学士学位；2008年9月考入桂林理工大学土木与建筑工程学院攻读硕士学位。2、攻读学位期间的参与的研究项目【1】参加广西自然科学基金项目(桂科自0833255)《高层建筑无粘结预应力混凝土异型板、开洞板的研究》实验；[2】桂林市科学研究与技术开发项目市科([2008151号)《缓粘结预应力混凝土受弯构件试验研究》；【3】广西高校研究生教育创新计划项目《平果铝矿泥固化机制研究》3、发表的学术论文：【1】EPS保温系统在工业罐体外保温中的应用，《新型建筑材料》，第一作者；【2】基于双电层理论对平果铝矿泥固化机理的研究，《矿业工程》，第一作者；【3】医疗建筑中后张有粘结预应力混凝土框架梁的设计与施工，《中国科技信息》，第二作者【4】缓粘结预应力混凝土连续梁张拉+．摩阻力试验机浅析，《混凝土》，第四作者。'