基于砌体房屋底层改造加固与应用研究

'Y枫a￡工案火港硕士学位论文题目：砌体房屋底层改造加固与应用研究英文题目：Applicationresearcholltheslrengtheningandrcformingmelhods011lhebotlomofbrickmasonry5trucIro学位中请人挂名：向晓丹中请学位学科专业：结构工程指导教师姓名：棣吉恩教授扬勇教授级高工蔡洁副教授 密级学校代码!Q§QQ佩{jl童工案火鬻硕士学位论文题目趔签鏖屋廑星弦童加固皇厘旦班宜英文是l目△pp!i!i!i!!!!!!!!!!!!!b!!±!!堕g!h!!i!g皇坠鱼兰曼!Q!坠i卫g坐金主hQ型墨Q卫主鱼皇b鱼主￡Q堡旦i!!i垡k堡垒量坌翌!Y墨主!坚堡主兰曼研究生姓名(签名)鱼虫￡出指导教师姓名(签名)j差事熙芝职逸!叁申请学位学科名称结捡至猩学科代码论文答辩日期2007．5．26学位授予日期081402纠年6月9日 湖北工业大学硕士学位论文摘要在我国，砖混结构的应用极为广泛，随着社会的发展和人们生活水平的提高，相当一部分砖混结构房屋满足不了新的功能标准，而结构托换改造技术是提高此类房屋使用价值的有效手段之一。与新建建筑相比，对既有砖混建筑物的结构托换改造具有投资少、工期短、效益高三个突出的优势。其最终目的是在满足安全、可靠、经济合理及兼顾美观的条件下，使既有砖混建筑物满足新的使用功能和要求，提高使用价值，延长使用寿命。因此，对结构托换技术研究，不仅具有较好的科学意义，而且具有很大的工程应用和推广价值。本论文所做的主要工作和研究成果有下列几个方面：(1)首先对于结构加固与改造技术的目的和意义、国内外发展状况及加固方法进行了综合阐述；(2)本文结合洪山宾馆六层混砌体结构改为底部框架结构的工程实例，采用闭合式框架体系并保留原来的部分墙体作为支撑托换原砖混结构，先浇注梁、柱后拆墙，充分利用了原结构的潜力，又保证了施工中原有结构的整体稳定性；(3)根据被托换结构的特性及托换施工要求，采用PK．PM软件对改造后的结构建模，根据PKPM计算结果对改造后的构件进行配筋或加固；并详细介绍了洪山宾馆改造加固的检测、鉴定、设计、旌工全过程的思路、做法、计算、及注意事项；(4)结合洪山宾馆改造加固实例，分析加固结构材料的本构关系、破坏准则、及收敛准则等闯题；(5)并用ANSYS有限元软件，对砖混改底框中所采用的结构托换体系进行非线性有限元分析，为结构改造加固效果的分析评价提供依据。关键词：砌体结构，托换技术，底部框架，非线性有限元分析 湖北工业大学硕士学位论文AbstractIncivil，brickmasonrystructureisgreatlyapplied．Withthedevelopmentofthesocietyandtheincreasingofpeople"slivingstandard．muchofbrid【masonrybuildingscan’tsatisfythenewfunctionstandard．Thetechnologyofstructureunderpinningofferstoavalidmeansthatelevatetheirvalue．Compareswiththenewlybuilding；theexistingbrickmasonrystructurerequesttransformationtohaveinvestsfew,theprojecttimeshort，thebenefithighthreeprominentsuperiority．Itsfinalgoalissatisfiessafe，reliable，theeconomyisreasonableandartistic，enableexistingbrickmasonrystructuretosatisfythenewusefunctionandtherequest，enhancestheusevalue，lengthenstheservicelife．Therefore，theengineeringresearchtothestructurerequestunderpinning,notonlyhasabetterscientificsignificance．moIeoverhastheverybigprojectapplicationandthepromotedvalue．Thepresentpaperdoesthemainworkandtheresearchresultshavethefollowingseveralaspects：(1皿rstregardingthestructurereinforcementandthetransformationtechnologygoalandthesignificance，thedomesticandforeigndevelopmentconditionandthereinforcementmethodhascarriedonthesynthesiselaboration；(2)Inthethesis，combiningtheengineeringHongShanHotelthatsixlayer-brickmasonrystructureisreformedintothebottom-framestmcture．Applyingcloseframe·systemandsaveori#nalpartsofwallasstructureunderpinningsystemtochangeoriginalbrickmasonrystructure．Afterpoursbeamsandthecolumnremovethewallfullyhasusedtheoriginalstructurepotential，alsohadguaranteedtheoverallstabilityoftheoriginalstructureinconstruction；(3)InaccordancetounderpinningstructurecharacterandconstructionrequesLApplyingPKPManalyzeandcheckedafterstrengthenedstructurebymeansofsireulation，analysisStructureoverallperformance，andtotransformsafteraccordingtothePKPMcomputedresultthecomponenttocarryOllreinforcingbarorthereinforcement．；AndindetailintroducedtheHongshanHoteltransformationreinforcementinspection，theappraisal,thedesign,constt"uctsprocess’smentality,theprocedure，thecomputation,andthemattersneedingattention(4)UnifiestheHongShanHoteltransformationreinforcementexample，theanalysisreinforcementstructuralmaterialconstitutiverelationship，theinterfacefracturecriterion，andconvergentedivergencetechniqueandsooncriterion；(5)ApplyingANSYSfinally,thethesiscarriesoutanon—linearfiniteelementanalysistostructureunderpinningsystem，thusprovidingthebasisforevaluationtheeffectsofthestrengthenedstructure．Keywords：Brickmasonrystructure，Underpinningtechnique，bottom—framestructre，Non—linearfiniteelementanalysisⅡ 佩l{|l亡工靠火秀’学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：向暖对日期：‘月垆日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，即：学校有权保留。并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本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和汇编本学位论文。向螂厶日指导教师签名：荤笔壳题日期：冲G月弘日。 湖北工业大学硕士学位论文第1章概述1．1问题的提出随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，房屋的需求量越来越大，同时，由于人们生产、生活方式发生了很大的变化，因此对房屋的使用功能也提出了更高的要求。然而，我国还是一个发展中国家，经济还较为落后，生产力水平较为低下，不可能在短期内建造大量的新房来解决房屋紧张这一社会性问题。另外，许多房屋仅需要局部改造后就可满足业主的需求，推倒重建在经济上会造成巨大的浪费，实在无此必要。因此，对现有房屋进行改造就成为解决供需矛盾的有效途径之一。实践证明，改造旧房与建新房相比有三大优点：工期短，投资少，收益高。正由于上述原因建筑改造业渐渐兴旺起来，有超过新建建筑业的趋势，而且这一趋势是世界性的。根据美国劳工部对将来热门行业的预测，认为维修改造业将是最受欢迎的行业之一，建筑维修改造工程师将成为最热门的专业人才之一。近几十年来，西欧整个建筑业受到经济不景气的影响，建筑维修改造业却不断发展。1980年，建筑维修改造工程占英国建筑工程总量的1／3。1983年，瑞典用于维修改造的投资占建筑业总投资的50％．因此有人预言：对建筑业来说，2l世纪将是“建筑改造的世纪”。发达国家的建筑业发展历程表明：随着经济的发展及其规模的形成，新建房屋在建筑市场上的份额将会逐步减少，而将已建房屋加固，改造的比例将会逐步上升，现在发达国家旧房改造在建筑市场的份额均已达1／3～1／2以上。我国由于经济及社会发展的特殊性，新建房屋的繁荣将会是一个较长时期的过程。但是这并不阻碍我国旧有房屋的改造、加固的发展。今后我国建筑业必将形成新建与改建并重的局面。对1日房增层改造是房屋改造中使用较多的一种形式。对旧房屋进行增层改造既可以增加建筑的使用面积，又可以改善房屋的使用功能，另外借此机会还可对存在结构质量隐患的原有结构进行加固。同时在寸土寸金的城市里，更可以省下一笔可观的土地使用费(仅此购地费用一项，有时相当于整个建筑的工程费)。因此，旧房增层改造具有明显的社会和经济利益“1。由于历史上的原因，我国目前旧有民用建筑，尤其是居民住宅中大部分是砖 湖北工业大学硕士学位论文II混结构，而需要进行改造的大部分也是这部分房屋。因此砖混结构房屋的改造在旧房改造中占有相当大的比例，有极其广阔的市场前景。研究砖混结构房屋改造具有重要现实意义。1．2砌体房屋结构改造与加固的发展概况及托换技术的应用现状1．2．1砌体房屋结构改造与加固的发展概况近十几年来，由于城市建设相对饱和且旧建筑的工程事故不断发生，各经济发达国家逐渐把建设的重点转移到旧建筑的维修、改造和加固方面埘。例如：在美国，新建筑业开始萧条，而维修改造业却兴旺发达，据美国劳工部对2000年热门行业预测，旧房维修改造业届时将是最受欢迎的九类行业之一。英国在1975—1980年间新建工程数量和费用减少，建筑维修改造的项目却逐年增加1978年用于投资改造的费用是1965年的3．76倍，1980年建筑物维修改造工程占英国建筑工程总量的三分之一；瑞典建筑业八十年代首要任务是对已有建筑物进行更新改造，1983年用于维修改造的投资占建筑业总投资的50％。由此可见，凡是工程建设发达的国家，其工程维修和改造业发展迅速且日益兴旺，综观第二次世界大战后发达国家的建筑业，经历了三个阶段：大规模新建阶段、新建与改造并重阶段和旧建筑维修与加固阶段。目前西欧、美国和日本等国对已有建筑的维修、改造的研究比较重视，并已制定有相应的法规，例如：日本在70年代就制定了“住宅区改造法”、“土木建筑物更换标准”等；国际预应力混凝土协会(FIP)于1978年成立了混凝土结构维修与加固工作组，并于1982年提出了“混凝土结构的检查与维修”及“混凝土结构的维修与加固”报告；美国于1980年出版了《房屋检查手册》和相应的标准。国际学术活动也十分活跃。1988年在丹麦哥本哈根召开了“混凝土结构的重新评价一可靠度和承载力”国际会议。近几年由FIP组织召开的国际会议和其它国际会议上也都有相当数量的旧房鉴定、加固方面的学术论文发表。在我国，建国以来，特别是改革开放以来，由于社会经济和人民生活的需要建筑业也进入了空前繁荣的时期，同时，对已有建筑的维修和补强加固，亦由于下列一些特殊原因而变得十分重要和紧迫：(1)我国建国初期建造的大量房屋已经接近建筑物的基准使用期，急需正确评定，并对这些建筑物迸行必要的维修加固；(2)由于城市经济的不断发展，土2 湖北工业大学硕士学位论文地日趋紧张，如果对旧房进行维修改造，可以经济快速地调整城市布局。(3)随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对建筑物的安全性、实用性、耐久性的要求已有提高，工业厂房生产工艺需不断更新，原先的建筑需要通过适当的维修补强改造后才能满足人们的要求；(4)由于设计、施工、或是管理、使用等原因引起工程质量事故的在建建筑物需要进行正确诊断、鉴定、处理和加固。下面就本学科的发展，简单回忆我国在这个领域的进展：我国成立了有关本门学科的专门民间学术交流社会团体。经国家教委和民政部于1991年9月批准，成立了中国老教授协会房屋增层改造技术研究委员会专业性学术团体。团结了全国从事这一行业的专家同仁，交流与合作，推动了我国房屋增层、纠倾、加固、改造工程技术的发展。由民政部批准备案的建筑业联合会建筑物检验与加固专业委员会，对推动本门学科的发展也作出大量工作和重要贡献。由中国老教授协会房屋增层改造技术研究委员会，主办的有关本学科的学术活动，从1991年至今已召开五次全国性的大规模学术研讨会：●1991年1月在北京召开“全国第一届房屋增层纠偏学术讨论会”；●1992年lO月在郑州召开“全国第二届建筑物增层改造学术讨论会”；●1994年5月在武汉召开“全国第三届建筑物增层改造学术讨论会”；01996年lO月在济南召开“全国第四届建筑物增层改造与病害处理学术研讨会”；●1999年12月在北京出版“全国第五届建筑物改造与病害处理学术论文集”；每次有许多关心和从事本学科的技术人员参加会议，每届会议都受到近百篇学术论文，先后出版了五本论文集，评选了优秀论文，对促进本学科的发展起了很大的推动作用。此外由中国建筑业联合会的建筑物检验加固专业委员会，这些年也主持召开多次有关建筑物检验鉴定和加固方面的学术研讨会，征集了许多论文，每次都出版大会论文集。这些活动，对推动我国的建筑物检验、鉴定、加固、增层改造、病害处理技术和学术理论的发展都起到了重大作用。我国第一本国家行业标准《铁路房屋增层纠倾技术规范》已颁布执行。该《规范》征求了从事建筑物增层纠倾改造方面的很多专家、学者的宝贵意见，广泛收集了许多宝贵资料，进行了认真的研究论证而制定。它的颁布将使建筑物的增层、纠倾改造工程有章可循，有法可依。本规范的出版必将对我国建筑物增层纠倾加固工程起到积极的推动和指导作用。此外《既有建筑物地基基础加固技术规范》，经过认真编审后也将近期正式颁布执行。3 湖北工业大学硕士学位论文近年来，我国许多地方成立了以既有建筑物改造与病害处理为服务对象的专业技术公司和科研机构。如诸暨的建筑物纠倾技术公司，广州的鲁班建筑物放水补强加固技术公司等，对提高这个行业的施工技术水平和推动实用科学技术的发展会起到重要作用。编写出版了一批增层纠倾专业性技术书籍，对及时推广增层改造和病害处理工程的新技术，新成果，会起到积极作用。为使建筑物增层改造和病害处理技术健康发展，许多部门都注意了这个学科的人才培训。一些高等院校培养了专门从事建筑物增层改造与病害处理方面的研究生，为既有建筑物的改造与病害处理事业的发展作出了贡献。同时还举办大量的有关本学科的短期培训班，为广大技术人员在职提高和扩展本门学科的技术水平做了宝贵的工作。建筑物的增层改造工程规模宏大，由北到南，由西到东，全国进行了大批高质量的增层改造工程，取得十分可喜的成就，为解决城市居民住房不足和为改善人民的居住条件的困难做出了贡献。建筑物的移位和水平转动工程也逐渐被重视，解决了城市规划中许多难题，致使许多本应拆除但通过移位和水平转动挽救下来的房屋，为国家和人民节省了大量资金。这项技术是有广泛应用前景的。适用于增层改造工程的新建筑材料不断出现，如轻质钢丝架夹心板、聚氨酯型板材，新型屋面放水材料、新屋面钢架、轻型屋面材料等等，为增层改造技术提供了有效的手段。增层改造工程的技术不断发展，由过去的单栋房屋小规模的增层，发展到成片住宅区房屋的增层或者大顽积建筑物的增层改造。由民用建筑增层改造逐渐发展到工业建筑的增层改造。扩大了旧工业厂房面积，高度和空间，改善了使用功能，为企业改造转型提供了条件。由普通住宅房屋的增层转向大型商店和公共建筑物的增层。最近中央有关部门的办公大楼相继进行了增层改建工程。这标志着中央、北京市一些部委的办公大楼，今后也将会走增层改建工程的路子。过去砖混结构的增层常用直接增层法，因地震的限制，增加层数部太多，工程规模也不太多。最近一些砖混结构增层工程，通过对原结构的改造(如增设剪力墙、扩大横墙宽度等)，进行外扩接层，取得显著效果，打开了砖混结构直接接层不能太高的“禁区”。外套结构接层已是这些年新发展起来的常用增层结构型式。这些年进行了大量的这方面增层工程，为房屋增层工程开辟了一条新途径，积累了宝贵的设计与施工经验。4 。湖北工业大学硕士学位论文由预留增层设计发展到新建房屋施工时改变设计而进行增层，由室外增层发展到室内增层，由地上增层发展到地下建筑物的改扩建和增层。轻型钢结构增层技术的研究和工程实践也取得了很大进展。北京几家大饭店的轻型结构增层工程，使这项技术表现出了很强的生命力。建筑物病害处理技术迅速发展，工程规模也越来越大。由于天灾人祸导致建筑物损坏的项目很多，为了减少国家和人民的损失，通过各种手段，对大批病害建筑物进行了挽救和整治，这些年已取得显著成果。并且在房屋设计时就为预留纠倾提供以后实施时的可行手段。如山西化肥厂的lOOm高烟囱，倾斜155cm，是我国倾斜建筑物中最高、倾斜量最大的病害建筑物，经过纠倾扶正和防倾复加固处理，取得圆满成功，为国家节省大批资金，受到政府的奖励。综上所述，建筑物的鉴定、评估与加固改造技术(或称建筑工程的诊断与处理技术)的研究和应用已迫在眉睫。因此，我国冶金研究建筑总院从70年代后期起就积极投入力量从事这一研究。近几年，我国一些高校和科研单位也按踵而来，取得了大量研究成果。1990年在四川成都成立了全国建筑物鉴定和加固标准技术委员会。他们在总结已有(特别是58年大跃进时期和60年代结构改革时期建造的)建筑结构工程所作的加固经验基础上，分析、参考国内外有关文献资料后，分别于1989年和1991年编制了《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》和《混凝土结构加固技术规范》，另外2002年《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》也正式编制出台，这些成果正推动我国建筑物鉴定与加固工作的进一步发展。1．2．2托换技术在砌体结构房屋改造中的应用现状在我国，砖混结构的应用范围极为广泛，以前我国建造的民用建筑和中小型工业建筑几乎都是砖混结构。随着建筑科学技术的大力发展，框架结构、剪力墙结构、筒体结构、框剪及框简结构已被大量采用。但在许多大、中、小城市，商场、旅馆、医院、办公楼等多层房屋还大多采用砖混结构。随着我国全力向小康社会迈进，城市的建设蓬勃发展，人们对工作和生活的环境要求也越来越高。目前，既有建筑物常用的结构改造技术主要有建筑物顶升技术、建筑物增层改造技术、建筑物移位技术和结构托换技术等。因此，相当一部分功能己显落后的砖混结构可通过结构托换，改造为下部大空间的底部框架砖墙结构，来改善人们的工作和生活空间，或者满足商业界的价值需求。另一方面，结构托换技术的研究成果还可用于既有建筑物的其它改造方面，在建筑病害治理中，既有建筑物的顶升处理，发生下沉倾斜建筑物的纠倾扶正，建筑物的增层改造等方面，也都要用到5 湖北工业大学硕士学位论文结构托换技术‘”。所谓结构托换是指将原结构荷载转移到另一种结构体系上的结构改造方法，是一种高难度、风险大的特种技术。其最终日的是在满足安全、可靠、经济合理及兼顾美观的条件下，使既有建筑物满足新的使用功能和要求，提高其使用价值，延长其使用寿命。因此，在既有建筑改造技术中，结构托换技术研究将具有重要的研究意义及很大的工程应用价值和推广价值，并将在我国基础设施建设中创造出显著的社会效益和经济效益。虽然托换工程的起源可以追溯到古代，但是托换技术窘到本世纪30年代兴建美国纽约市的地下铁道时才得到迅速发展。在早期地下铁道工程中，需要托换加固工程的数量是大量的，类型是多样的，所以规模也是很大的。由于当时支撑技术已取得了很大的进展，因而使托换工程在技术上已成为可行。当前国内外的城市向大型化和现代化方向发展，大量高层建筑的兴建，城市人口高度的集中，对于交通、通风、商业及其他人民生活设施的修建，提出了更高的要求。市区空间已越来越拥挤，唯一的出路是向地下发展，建造地下铁道、商场和其他许多地下设施。这些地下建筑往往要穿越部分高层建筑或重要的历史建筑物，这就需要对原有建筑物的基础进行托换加固处理；加之古建筑所需托换的数量繁多，原有建筑物需进行改建、加层或加大使用荷载时，也都需要采用托挨技术，所以托换工程拉术正趋向大型化葶D综合性方向发展。世界各国所托换的工程数量增多厂，因而托换技术也有了飞跃地发展。尤其是德国于第二次世界大战后，在许多城市的扩建和改造工程中，特别是在修建地厂铁道工程中，大量地采用了综台托换拉术，积累了丰富的经验，取得了显著的成绩，并已将该项托换技术编入了德国工业标准(DIN)．我国的托换工程的数量和规模，随着建设的发展在不断增长，在托换技术方面也有一定的创新和持色。1．3砌体房屋结构改造与加固的方法已有建筑由于种种原因进行结构改造，结构的改变必将导致传力途径的改变，进而需对原有结构迸行加固。经过建筑物可靠性鉴定，按危房鉴定标准被评为c级或d级的，必须补强加固处理吲。我国从50年代就开始进行了结构的加固处理，几十年来，国内有许多混凝土结构加固工程的实例，积累了丰富的实践经验，曾发表了大量文献资料。目前已颁布的《混凝土结构加固技术规范》(CECS25—90)总结了我国成熟的加固技术，适用于多种原因造成的结构、构件损坏的加固处理，6 湖北工业大学硕士学位论文对推动加固技术的发展起到很大作用。补强加固的目的主要是：1)提高结构、构件的强度：2)提高结构、构件的稳定性：3)提高结构、构件的刚度：4)提高结构、构件的耐久性。由于结构、构件的损坏程度不同，补强加固的要求和目的也不尽相同，应针对不同情况，选用不同的加固方法，采取不同的补强加固处理。常用的加固方法有：(1)加大截面加固法加大截面加固法，也称为外包混凝土加固法，它是增大构件的截面和配筋，用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性，也可用来补修裂缝等，这种加固法适用范围广，可加固板、梁、柱、基础、屋架等。根据构件受力特点和加固目的要求、构件几何尺寸、施工方便等可设计为单侧、双侧或三侧的加固，四面包套的加固。例如梁常用上、下侧加厚层加固，中心受压柱常用四面外包加固，偏心受压柱常用单侧或双侧加厚层加固。根据不同的加固目的和要求，此法又可分为加大断面为主的加固，和加配钢筋为主的加固，或者两者兼备的加固。加大截面为主的加固，为了保证补加混凝土正常工作，亦需适当配置钢筋。加配钢筋为主的加固，为了保证配筋的正常工作，需按钢筋的问距和保护层等构造要求决定适当增加截面大小。加固中应将新旧钢筋加以焊接，作好新旧混凝土的结合。加大截面加固法缺点是现场湿作业工作量大，养护期较长，对生产和生活有一定的影响，此法增大截面尺寸，有时影响房屋外观和净空。(2)粘钢加固法采用高强度的结构粘结剂，将钢板粘结于需要补强的钢筋混凝士构件部位的表面，以达到提高构件承载能力的目的。这种方法，称之为粘钢加固。对跨中抗弯能力不够的普通梁，可将一定长度的钢板粘贴于梁跨中截面的下部受拉区：对支座处抗弯能力不够的梁，可在梁支座截面上部的一定长度内打成槽形道，将钢板贴于槽形孔道中；对抗剪能力不够的梁，可将钢板粘贴于与梁有关部位的两侧面。这种补强方法的优点是：不影响室内空间：可以在短时间内达到设计强度：能适合使用需要。但施工工艺要求较高：粘贴剂不耐高温。当温度达到30*c～90℃，粘结力下降。(3)预应力加固法预应力加固补强是通过增设补强杆件对原构件的受力截面施加一定的初始应力，即施加预应力的补强方法。其优点是，补强杆件能够可靠地参NI作，效果好：而且，在提高原构件的强度同时，也提高了其刚度和稳定性，可有效在减少裂7 湖北工业大学硕士学位论文缝宽度和构件的挠度：其构造简单，施工方便，传力可靠，对房屋净空影响小，施工干扰小，可在不停产的状况下进行补强加固。是实际工程中应用较多的～项工程技术。一般可分为预应力补强拉杆和预应力补强撑杆两种体系。(4)外包钢加固法外包钢加固法可分为干式和湿式两种。干式外包钢加固法是型钢直接外包于被加固构件四周，型钢与构件间无任何连接，无水泥砂浆。这种加固法不能确保结合面传递剪力。湿式外包钢加固法又分成两种：一种是用乳胶水泥浆粘结或以环氧树脂化学灌浆等方法，将角钢粘结在构件上：另一种是角钢与被加固构件之间留有一定的间距，中间浇注混凝土，实际上是一种外包钢和外包混凝土相结合的复合加固方法。干式外包钢施工更为简便，但承载力提高不如湿式外包钢有效。外包钢加固法优点是：构件截面尺寸增加不多，但构件承载力可大幅度提高，并且经过加固后原构件混凝土受到外包钢缀板的约束，原柱子的承载力和延性得到提高。同时，此法还具有施工简便、工期短的特点，目前广泛用于加固钢筋混凝土柱、梁、桁架弦、腹杆。外包钢外包混凝土复合加固法提高构件承载力较多，多用于单层工业厂房的加固。但外包钢应须防腐处理。以提高其耐久性。(5)改变结构传力途径加固法改变结构传力途径加固法是指通过增设支点(柱或托架)的办法使结构受力体系(即计算简图)得以改变的加固方法，因而也称为增设支点加固法。在梁、板跨中增设点后，减少了计算跨度，从而能大幅度地提高承载能力，并能减少和限制梁、板的挠曲变形。其优点是施工简单，受力可靠，缺点是使用空间会受到一定影响，此加固法适用于梁、板等结构的加固。(6)托梁拔柱技术托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墙及托梁拔柱的总称，是在不拆或少拆上部结构的情况下实施拆除、更换、接长柱子的一门综合性技术，包括相关结构加固技术、上部结构顶升技术等。适用于因使用功能改变及生产工艺更新，要求改变平面布局、增大使用空间的旧房改造及老厂改造。与传统的大掀盖改造相比，托梁拔柱法具有对生产及生活影响较小、改造时间短、费用低等优点，其缺点是技术要求较高，安全措施必须周密。托梁拔柱按施工方法的不同分为有支撑托梁拔拄与无支撑托梁拔柱。有支撑托梁拔柱是在待拔柱墙旁另设l临时支柱，利用此柱顶升上部结构，制作安装托架或托梁，然后将上部解雇支撑关系转换于托架或托梁，拆掉柱子或墙，施工较为安全。无支撑托梁拔柱是不另设支托上部结构的临时支撑结构，直接浇制安装永久性托梁，然后拆除下部柱或墙。无支撑托梁拔柱较为经济，但技术难度较大。8 湖北工业大学硕士学位论文(7)水泥压浆加固法水泥压浆加固，是借助于压力将水泥浆液灌注到结构物的蜂窝、孔洞或裂缝中，充填并固结这些缺陷，达到恢复其强度、整体性、耐久性的目的。它的操作技术易于常握，用工少、用料省、施工费用低，国内外已在很多工程中得到了成功的应用。(8)喷射混凝土补强技术借助喷射机械，将一定配合比的砂、石、水泥、水等混凝土拌合料，以压缩空气作为动力，通过管道，输送并以高速喷射到承喷面上形成具有一定强度的一种结构材料，称为喷射混凝土。喷射混凝土由于是在高速喷射的反复连续冲击作用下被挤压密实，因而具有较高的力学强度与自支撑能力。喷射混凝土与一般振捣密实的混凝土相比，在原材料相同情况下，具有耐久性、抗冻性和抗渗性好，粘结力好等优点，其抗压强度一般可达到50Mpa，且喷射混凝土施工设备简易，它将混凝土的运输、浇灌和捣实等几道工序合而为一，简化了工艺流程，节约了人力，施工速度快，特别是由于它能与混凝土、岩石、钢材等材料粘合牢固，可以在结合面上传递一定的拉应力和剪应力。由于高速高压作用，喷射混凝土能射入宽度2mm以上的裂缝。并与被加固的结构紧密结合，形成整体，共同工作，因此用于建筑物及构筑物的补强加固，不仅速度快，而且效果好。可常见缺陷如孔洞、裂缝等加固：也可用作抗震加固：可整体加固，也可局部加固：可加固钢筋混凝土结构，也可加固砖石结构，加固的结构类型有柱、梁、墙、烟囱、水池等，特别是对大体积、大面积的建筑物及构筑物，如大基础、塔、筒、仓、墙、板等的补强效果更为显著。(9)粘贴纤维增强塑料(简称FRP)加固法1．4本文研究的主要内容对于已有建筑，随着时问的推移，荷载和非荷载因素对结构物的破坏，都不同程度地影响着这些建筑物的使用和安全。但是，这种影响和破坏，在很多情况下并没有达到非推倒重建不可的地步。于是，人们在实践中提出了很多加固改造的方法。本课题结合工程实例对托换技术在砌体结构底框改造加固中的应用以及托换后构件的力学性能进行分析研究，旨在研究改造加固后构件的力学性能，说明这种加固方法的要点和应用前景。本文首先对于结构加固与改造技术的目的和意义，国内外发展状况及加固方法进行了综合阐述；其次结合洪山宾馆砌体结构改为底部框架结构的工程实例，9 湖北工业大学硕士学位论文采用阂合式框架体系并保留原来的部分墙体作为支撑托换原砖混结构，先浇注梁、柱后拆墙，充分利用了原结构的潜力，又保证了施工中原有结构的整体稳定性；然后详细介绍了洪山宾馆改造加固的检测、鉴定、设计、施工全过程的思路、做法、计算、及注意事项；再根据被托换结构的特性及托换施工要求，采用PKPM软件对改造后的结构建模，分析结构的整体性能，并根据PKeM计算结果对改造后的构件进行配筋或加固；最后结合工程实例分析加固结构材料的本构关系、破坏准则、及收敛准则等问题，并采用ANSYS有限元软件，对砖混改底框结构托换中的组合粱、柱的的受力和交形进行非线性有限元分析，为结构改造捃固效果的分析评价提供依据。 湖北工业大学硕士学位论文第2章结构加固基本原理与计算分析2．1结构加固基本原理加固结构受力性能与一般未经加固的普通结构有较大差异埘跚。首先，加固结构属二次受力结构，加固前原结构已经载荷受力(即第一次受力)，尤其是当结构因承载力不足而进行加固时，截面应力、应变水平一般都很高。新加部分在新增荷载下，即第二次加载情况下，才开始受力。这样，整个加固结构在其后的第：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应力、应变，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，其潜力可能得不到充分发挥。卸载加固可改善这一情况，使新加材料充分发挥作用。其次，加固结构属二次组合结构，新旧两部分存在整体工作共同受力问题。新旧两部分共同工作的关键，主要取决于结合面的构造处理及施工作法。一、加固结构共同工作问题加固结构受力时，尤其是当结构临近破坏时，结合面会出现拉、压、弯、剪等复杂应力，特别是受弯或偏压构件的剪应力，有时可能是相当大的。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的传递和承担这些应力，而且变形不能过大。结合面传递压力，一般不存在问题，主要是剪力和拉力。混凝土加固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：fsL+0．56p，f(2．1)式中f——结合面剪应力设计值；￡——结合面混凝土抗剪强度设计值；p。——横贯结合面的剪切一摩擦筋配筋率p。一4，／bs；爿。——配置同一截面内箍筋各肢的全截面面积；b——截面宽度；s——箍筋间距：厂"，——剪切一摩擦抗拉强度设计值。二、加固结构基本计算假定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一应变关系有关。从理论上讲，只要这姥lI 湖北工业大学硕士学位论文关系确定，加固结构的承载力就可用分析的方法求解。为使分析简化，参照《混凝土结构设计规范》(GB50010"--2002)规定，加固结构截面承载力，可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；磊毛图2．1混凝土轴心受压应力一应变关系图3．混凝土轴心受压的应力以与应变F。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20。002(图2．1)。仉。№一圳￡(‘墨岛)(2．2)￡(e。ses屯)式中啡——混凝士压应变为巳时的压应力；，c——混凝土轴心抗压强度设计值；￡，——?受压区混凝土压应变；‰——混凝士压应力达到丘时的混凝土压应变，当计算的￡。小于0．002时，取为0．002；屯——混凝士极限压应变，当处于非均匀受压时，按式屯=o．0033一(乞^一50)x10。计算，如计算的‰大于0．0033时，取为0．0033；当处于轴心受压时取为￡。；靠——系数。当计算的丹大于2．0时，取为2．0。4．砌体结构受压应力盯。与应变s。关系为对数关系，按下式计算，极限变形值取￡。t0．00521／√万(图2．2)。 湖北工业大学硕士学位论文p一_4哳L1-n(-一南)汜s，式中厶为砌体抗压强度设计值。图2．2砌体受压应力一应变图2．3钢筋应力一应变关系5．钢筋应力∥，与应变￡，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e。=O．01(图2．3)。o。t＼I妻甚耋I：：、t2．∞q‘{‘G，E≥￡)“一’式中E。为钢筋弹性模量。6．加固结构承载能力极限状态，是以截面变形达下列情况之一时：当原混凝土(或砌体)或新加混凝土(或砌体)压应变达混凝土(或砌体)极限变形值￡。(或s。)或#。时，当原钢筋或新加钢筋拉应变达钢筋的极限变形值￡。时；当混凝土(或砌体)达￡。(或￡。)及钢筋达g。时。三、加固结构承载力极限状态设计表达式加固结构的承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：，oS主尺(2．5)矗t尺(，。、，．：、，，，、丘：，肛尼、扒口。⋯⋯)(2．6)式中r。——加固结构的重要性系数，对安全等级为一级、二级、三级的结构构件，可分别取1。1、1．0、0．9；S——内力组合设计值，按国家标准，《建筑结构荷载规范》(GB50009--2001)的规定进行计算；R——加固结构构件的承载力设计值；R(·)——加固结构构件的承载力函数；厶、兀，——加固结构原有部分混凝土(或砌体)、钢筋的强度设计值； 湖北工业大学硕士学位论文，．：、，，：——加固结构新加部分混凝土(或砌体)、钢筋(型钢)的强度设计值；卢、卢。一一加固结构原构件在加固时的应力水平指标及应变水平指标，多一&／R,，∥，-￡。，／F。，S。为荷载效应标准值，凡结构抗力标准值：口。——几何参数的标准值。当几何参数的变异性对结构性能有明显影响时，可另增减一个附加值△口以考虑其不利影响。四、加固结构截面相对界限受压区高度混凝土加固结构新加受拉钢筋与受压区混凝±同时达到其强度设计值时的相对界限受压区高度彘，应根据截面的不同加固方法及加固时原结构的应力值，分别按下列规定计算：1．新加受力钢筋与原钢筋靠近时删．‰=警·午cz．，，屯+i"⋯式中邑——加固截面相对界限受压区高度；‰——加固截面相对界限中和轴高度；x。——加固截面界限中和轴高度；‰——加固截面有效高度；E，：——加固结构新加钢筋的弹性模量；￡。——原构件受拉边或受拉应力较小边钢筋在加固时的应变。2．新加受力钢筋与原钢筋相距甚远时删甄4警‘习芒嚣砰娩8)‰屯+孚坻。。+(％。¨。)警式中h。，、h02、△Jl——原截面有效高度、加固后截面有效高度及加固后截面增加高度；eclO——原构件受拉边或受拉应力较小边混凝土在加固时的应变。五、加固结构钢筋应力混凝土或砌体达到极限压应交￡。或￡。时，钢筋应力可根据截面应变保持平面的假定，分别按下列规定计算：L新加受力钢筋与原钢筋靠近时14 湖北工业大学硕士学位论文ql‰E,1f譬一11(2．9)＼鲁，￡，2-￡，1一￡，lo(2．10)0"12t￡，2E2(2．11)2．新加受力钢筋与原钢筋相距甚远时”叫肾扣】眨㈨％‰p卅∥也一％。)等1％叫s。伊)q巾z抄n]汜m六、卸荷对加固结构承载力的影响加固结构的新加部分，因应力、应交滞后而不能充分发挥其效能，尤其是当原结构工作的应力、应变值较高时，对于以混凝土结构承载力为主的受压构件和受剪构件，往往会出现原结构与后加部分先后破坏的各个击破现象，致使加固效果很不理想或根本不起作用。相反，加固时若进行卸荷，情况则完全不同；由于应力、应变滞后现象得以降低，乃至消失，破坏时，新旧两部分就可同时进入各自的极限状态，结构总体承载力可显著提高。卸荷对加固结构承载力的提高影响，主要表现在原结构第一次荷载应力、应变水平指标的降低方面，如前所述，这对于以混凝土围套加固及增设支点加固的受弯结构，效果特别明显。卸荷加固结构的截面承载力计算，原则上仍按二次受力结构进行，但当卸荷达到一定程度，可近似简化按一次受力组合结构计算，特别是以钢筋为主要承力的受拉、受弯及大偏心受压结构。2．2结构加固计算分析一、轴心受压构件承载力计算‘钢筋混凝土加固砌体轴心受压构件时，截面承载力应按下式计算：Ⅳ；吼。扭。+妒杠，正一。+吼，弘：JJ(2．14)式中‰——组合砖砌体构件的稳定系数；一。——砖砌体的截面面积；妒——加固构件截面组合系数，根据新旧部分浇注结合可靠程度，取妒= 湖北工业大学硕士学位论文!皇!詈!皇!鼍詈!!!鼍II—I鼍!詈!!!鼍!!皇!!皇!!!璺0．8～1．O：口，——后加混凝土强度利用系数；口．——钢筋强度利用系数；￡——混凝土或面层砂浆的轴心抗压强度设计值，砂浆强度取为同强度等级混凝土的70％；爿．——馄凝士或砂浆面层的截面面积；∥——钢筋抗压强度设计值；彳：———受压钢筋截面面积；，——砌体抗压强度设计值。经验表明，为保证和提高砌体结构加固的实际效果，加固时，原砌体的应力水平不宜过高，否则必须进行卸荷加固。二、混凝土加固受弯构件承载力计算混凝土加固梁板在弯矩作用下，由于原受拉钢筋的极限拉应变取为￡。=0．01，对于一般新加(热轧)钢筋的弹性比例极限应变值为s，。=O．001～0．0025的构件，破坏时新加钢筋一般都能达到抗拉强度流极限值^：，且原钢筋应变仍能满足￡，。j￡。，因此，截面受弯承载力可参照《混凝土结构设计规范》(GBJl0—89)中有关规定(由于本工程设计时采用《混凝土结构加固技术规范》(CECS25—90)，新规范还未出来，其计算时所采用的是旧的混凝土结构设计规范)，根据截面不同加固方式，分别按下列公式计算。不同的是，截面相对界限受压区高度磊与一次受力不同，应按有关规定计算；钢筋的应力，应按有关规定计算；结合面受剪承载力等，应按相应规定计算，结合面剪应力设计值，近似取f一1．2V／bh。1．新加受力钢筋与原钢筋靠近时f，bx=fy。An—f：。A_七肇fv一。2(2．15)M≤厶kk一考1+矗4。瓴一n：)(2．16)2．新加受力钢筋与原钢筋相距甚远时fmbx。f，1A,l一}kA_+审fv≯|2(2．17)MsM-卜考)+删t(≯t)慨如卜量)汜㈣式中厶、，v。——原钢筋抗压、抗拉强度设计值；∥：、^：——新加钢筋抗压、抗拉强度设计值。16 湖北工业大学硕士学位论文第3章洪山宾馆底层改造加固设计研究本课题来源于副导师扬勇教授级高工承接的横向课题“武汉市洪山宾馆底层改造加固工程”，本人参与其中的研究、设计工作。3．1工程概况武汉市洪山宾馆建于1957年兴建，原为四层砖砌体结构，1976年对原楼进行了增层改造，现为六层砖砌体结构(局部七层)的建筑物。底层层高3．8m，其它各层层高分别为3．5m、3．5m、3．76m、3．6m、4．1m，主体部分开间为4．0Ⅲ，进深一般为7．0In。主体部分檐口标高为22．86m，局部檐口标高为27．06。原设计基础为90"毛石混凝土墙下条形基础，墙体一楼为红砖15矿，二楼以上为1004、25。混合砂浆砌筑，楼板为90厚现浇楼板，圈梁隔墙设置沿墙布置，混凝土强度等级为110"，底层外围墙体和内部纵墙为370厚实心粘土砖墙体，内横墙为240厚实心粘土砖墙体。本次主楼的加固改造是在原设计及改造的基础上进行的，改造的目的是将宾馆主楼的底层改为商场，将‘必、④轴线上的纵墙拆除，并将①～⑩轴横墙部分拆除，使①～⑩轴中问留出净长8m的大开间，⑨～@轴线上横墙保留。改造后第二层梁、底层柱加固平面图如图1所示，图中虚线所示为加固梁，图中柱均为加固柱。3．2改造加固前洪山宾馆的检测与鉴定分析根据国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)的规定，洪山宾馆属于丙类建筑，6度抗震设防，本次抗震鉴定即按6度设防要求进行”。依据《建筑抗震鉴定标准》(GB50023—95)的要求对建筑物的抗震鉴定可通过逐级方法进行，分为以宏观控制、构造鉴定为主进行综合评价的第一级鉴定；以及以抗震验算为主考虑构造影响进行综合评价的第二级鉴定。符合第一级抗震鉴定各项要求的建筑即满足抗震鉴定要求，可不再进行第二级鉴定；不符合第一级鉴定要求时，应由第二级鉴定做出判断。对不符合鉴定要求的，可根据其不符合要求的程度、部位对结构整体抗震性能影响的大小，以及有关的非抗震缺陷等实际情况，结合使用要求、加固难易等因素的分析，通过经济技术比较，提出相应的维修、加固对策。洪山宾馆属于多层砌体房屋，抗震鉴定可按结构体系、房屋整体性连接、局17 湖北工业大学硕士学位论文目——⋯一一iF{。‘。百}种一一!：童4．．．1d埘⋯!蔓F一’1。。F§liI，舢稚州旦鲫=⋯⋯号Itm5I¨础．．．二2绷，f{1_l耄*：¨f=。n些g栅』胁扎』口L——ci，』：业，l，錾弼!毫一一-一日-⋯⋯⋯渥塑：_霉j。i-|＼、＼噶j、＼冒～《孽＼l罨[j_|_：I^h!．．．。!jl|lq昌雕一IIk[j喜蓦；一疆五F：亚口。■’虿一m’々ji_一’j害；!一耋-一￡剖：”。兰～堂々一二驰’霉Tk到vI礼．、睦ji二_#8【】，iP-Imilljl雩l～⋯j”’下一‘一{!乏2，＆＆三上～：基』自{』j!10l__!【《：塞竺：止：UUS．．IUU{JLuotmuu啦uuuPIuu曰硫团旧牛匠嚣掣隧世，繇回最媚鞑巡¨拣．【．n匝 湖北工业大学硕士学位论文部易损易倒部位的构造及墙体抗震承载力等方面，对整幢房屋的综合抗震能力进行两级鉴定。第一级鉴定以宏观控制和构造鉴定为主，从结构整体上对建筑物抗震性能进行综合评价。第二级鉴定以抗震验算为主，结合构造影响进行更细致的综合评价。一、建筑物现场检查和检测结果l、图档调查：本工程设计于1956年，因设计年代较早，原始资料遗失较多，只有部分原建筑结构施工图的影印件，且大部分模糊不清。2、现场调查：①通过对洪山宾馆整体外观检查发现主体结构构件、混凝土构件(梁板柱)基本完好，部分承重墙有开裂现象。②该建筑物所在场地为n类场地，场地内无不良地质现象。上部结构未发现不均匀沉降造成的墙体开裂和倾斜，建筑地基和基础无承载力和强度不足缺陷，经现场挖坑检查，地基基础基本完好。⑨屋面防水采用二毡三油，未见有渗漏现象；屋面保温隔热采用混凝土面板，隔热效果较好。④现有建筑功能布置和原始建筑施工图纸基本一致，只局部地方布局有所改变，主要建筑变化有：1)拆除原建筑在⑩轴⑨轴问的楼梯，在⑩～①和◎～⑨轴之间分别设置一部楼梯，其中⑩和⑩之间楼梯从二层开始。2)增设了三部电梯。3)将(⑧、⑥)x(①～③)房间和(⑥、⑥)X((够～⑨)房间由单间改为套房，在墙体(⑧，⑥)×(②)和(⑥、⑥)×(③)于ff-J洞，将(@)×(①、②)和(⑥)×(④、(墼))间门封闭。4)墙段(⑨、⑥)×(④)向左移约2m。3、检验测试：砖砌体现场检测采用原位轴压法，通过对墙体进行抽样检测，检测结果表明，砂浆强度等级为M2．5，砖强度等级为M7．5，具体结果详见砖砌体强度检测结果一览表。根据现场超声回弹测试法结果圈梁、挑梁、大梁及柱均为1104现浇钢筋混凝土。二、第一级鉴定本工程依据《建筑抗震鉴定标准》(GB50023—95)，在对该工程进行图档调查、现场调查和检验测试的基础上进行第一级鉴定。①建筑物结构体系分析a．房屋总高度、层高和层数 湖北工业大学硕士学位论文多层砖混结构房屋的抗震能力与其层数、层寿和总高度有直接关系，随着层数和层高的增加，总高度的增高，震害加重，因此建筑抗震鉴定标准对房屋层数和高度作了限制。洪山宾馆主体结构高度22．86m，层数六层，层高最高为4．0Ⅲ。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001>表7．1．2中的规定，6度区房屋高度不超过24m，层数不超过8层，高度不超过3．6m；根据《建筑抗震鉴定标准》(GB50023—95)表5．1．1中的规定，6度区房屋高度不超过24m，层数不超过8层，层高不超过4．0III。建筑物总高度和层数及层高满足规范和标准的限值要求。b．房屋的高度和宽度之比对于多层砖混结构房屋，抗震规范和鉴定标准不要求作整体弯曲承载力验算，而是通过限制房屋总高度与总宽度的最大比值，以保证房屋的稳定性和整体抗震能力。洪山宾馆主体部分的高度和宽度的比值为22．86／16=1，43。根据《建筑抗震设计规范》(GB500tl--2001)表7．1．4规定，房屋高宽比限值2．5；根据《建筑抗震鉴定标准》(GB50023—95)第5．2．1规定，房屋高宽比限值为2．2。因此建筑物高度和宽度之比满足规范和标准限值的要求。c．抗震横墙间距和房屋宽度抗震横墙间距有两种要求，一种是判别抗震横墙最大问距是否符合刚性体系的要求，一种是结合砂浆强度等级来判别抗震横墙间距和房屋宽度是否满足第一级鉴定要求的抗震承载力之限值。宾馆抗震横墙最大间距是踟，满足现浇混凝土楼屋盖抗震墙体最大间距15m的刚性体系要求。表3—1洪山宾馆横纵墙间距限值第一级鉴定时疣覆磺瑶雨I距与墙体类别、墙体厚度、砂浆强度等级、楼层总数及楼层实际所处的位置有关。根据结构实际分布情况及实测砂浆强度等级等情况，宾馆抗震横墙间距、房屋宽度的实际值及鉴定标准的相应限值如表3一l所示。 湖北工业大学硕士学位论文d．防震缝的设置建筑物之间的结构形状、规则性等不尽相等时，地震时的动力响应系数也不一致，因而宜沿全高设50--lOOmm宽的防震缝，宾馆在中部13轴处缝宽大于50mm，满足抗震要求。②规则性要求a．宾馆各层平面布置基本相同，无过大的楼板开洞情况，故其质量和刚度沿高度分布基本规则均匀，刚度突变或质量过分集中现象不明显。b．房屋结构质量沿高度比较均匀规则，平面布置比较对称，除一层有后来改建的～间大开间房屋外，其他各层房屋开间大小差别不大，质量中心和刚度中心基本重合。③计算承重墙体时材料强度等级取值，见表3—2表3—2各层墙体材料强度等级④整体性连接构造a．楼梯与结构主体的连接宾馆主体部分共有三部楼梯，其中一部设在房屋的尽端，不利于抗震，且现已见楼梯两边墙体有较多的裂缝和大面积墙面剥落现象；另外两部楼梯布置在结构主体之间，楼梯间墙体和结构主体墙体纵横向连接闭合较好，地震时不易产生扭转，但楼梯间宽度比较大，楼梯四角未设构造柱，楼梯墙体抵抗水平地震作用的能力较差，不利于抗震，不满足抗震体系布置要求。b．纵横墙间连接经现场抽样检测，纵横墙交接处咬槎砌筑较好，无削弱墙体截面和连接的竖向孔道。但大房问四角，楼梯问均未按要求设置构造柱，沿墙高每隔一段规定的距离没有设置拉结筋，不满足抗震要求。c，构造柱房屋内外墙交接处、楼梯问四角处，均未按要求设置构造柱，不满足抗震要求。d．楼盖和屋盖的连接 湖北工业大学硕士学位论文II宾馆楼面为钢筋混凝土预制板，预制板在墙体内的支撑长度均大于lOOmm，在梁上的支撑长度也大于80mm，满足抗震要求。e．圈梁地震调查和模拟试验表明，设置圈梁为砌体结构房屋一种经济有效的抗震措施。建筑抗震鉴定标准及建筑抗震设计规范中按照不同的楼(屋)盖类型、墙体承重形式及地震烈度，规定了多层砖混结构的钢筋混凝土圈梁的设置要求。现场检测知，洪山宾馆隔层设置圈梁，其尺寸和配筋符合抗震要求。f，房屋构件局部尺寸地震时房屋薄弱部位首先破坏，这些薄弱部位主要是窗间墙、尽端墙段等；强烈地震时，可能因薄弱部位失效而造成结构的破坏，甚至倒塌。因而鉴定标准中对窗间墙及尽端墙段的尺寸均有限制。房屋窗间墙最小宽度为2．5m，满足鉴定标准中不小于0．8m的要求，也满足抗震设计规范中不小于1．Om的要求；外墙尽端至门窗洞边的最小距离为1．25m，满足鉴定标准中不小于0．8m的要求，也满足抗震设计规范中不小于1．oIIl的要求。g．其它非结构构件连接构造女儿墙高度为L15m，高于抗震鉴定标准规定的0．9m的限值，也高于抗震设计规范规定的0．5m的限值，另女儿墙部分墙段存在较长的水平裂缝和大面积的龟裂纹，地震时可能会很危险，因而不满足抗震鉴定标准和抗震设计规范的要求。⑤第一级鉴定结果由上述分析可以看出，洪山宾馆主楼主体部分按抗震鉴定标准可评为综合抗震能力满足抗震鉴定要求，但某些构造措施方面不满足第一级抗震要求，需进行第二级鉴定。三、第二级鉴定结构的第二级鉴定是根据房屋不符合第一级鉴定的具体情况，分别采用楼层平均抗震能力指数反、楼层综合抗震能力指数玩、墙段综合抗震能力指数如的方法对其进行评定。当指数大于等于1．0时，可评为满足抗震鉴定要求；当小于1．0时，应对房屋采用加固或其它相应的措施。层、以、芦。可按如下公式计算：8i—Ai|AK§∞丸t3．1)凡-妒矽：尼(3．2)如一妒J妒：岛(3．3)p≮一A4}Abq誊。i九(3·4)式中屈——第i楼层的纵向或横向墙体平均抗震能力指数； 湖北工业大学硕士学位论文4——第i楼层的纵向或横向抗震墙在层高1／2处净截面的总面积，其中不包括商宽比大于4的墙段截面面积；一。——第i楼层的建筑平面面积；‰——第i楼层的纵向或横向抗震墙的基准面积率；A——烈度影响系数；凡——第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数；1；f．．—一体系影响系数；妒：——局部影响系数；凡；——第i层J墙段综合抗震能力指数；岛——第i层J墙段抗震能力指数；4——第j层第j墙段在1墩2层高处的净截面面积；4。——第i层第J墙段计及楼盖刚度影响的从属面积：经对洪山宾馆抗震能力指数的计算，得到的计算结果见表3--3。表3m3第二级鉴定楼层抗震能力指数可见，楼层平均抗震能力指数最和楼层综合抗震能力指薮五了1l至百凄巧天于1．0，满足抗震要求。四、抗震鉴定结论根据建筑抗震鉴定标准要求，结合现场检查、检测情况，通过对洪山宾馆进行两级鉴定，可以得到以下结论：1．宾馆承重墙体、梁、板布置与设计图纸基本相符，未发现主体结构构件有明显的变形、倾斜或扭转现象； 湖北工业大学硕士学位论文2．该建筑物所在场地为II类场地，持力层为第二层粘土层，地基承载力特征值为厶一360KPa，场地内无不良地质现象，上部结构未发现不均匀沉降造成的墙体开裂和倾斜；3．建筑地基和基础无承载力和强度不足缺陷，经现场挖坑检查显示，基础尺寸、承载力及沉降量满足原始设计要求；4．砖砌体原位检测结果表明，建筑物主体结构的墙体砖块抗压强度等级为MU7．5，砌筑砂浆强度等级为M2．5，砖及砂浆的强度等级符合鉴定标准规定的最低值要求；’5．房屋高宽比、抗震横墙间距、房屋宽度及外墙尽端至窗洞口的距离等满足《建筑抗震鉴定标准》的第一、二级鉴定要求；现场检测显示，建筑物主体结构在正常使用条件下能够满足安全要求。经综合分析，该建筑物具备拆墙换梁改造的条件。3．3洪山宾馆改造与加固方案的设计思路3．3．1加固方秦的确定在分析原结构受力的情况下，决定采用“闭合式组合空间托换”方案，由底层闭合框架替换原来由横墙承担的楼面荷载，把首层须拆除的级横墙拆去，对首层进行大空间改造。删嗍。所谓“闭合式组合空间托换框架”是由组合地梁、组合柱、组合托梁等构件组成的闭合框架。传统的做法是，先立支撑，然后拆去需拆的墙，再施工承托结构，待新框架足以承受上部结构的荷载后就将支撑拆去。由于上部结构自重和通过墙体传递的楼层使用荷载比较大，在层间全高设置支撑必将耗费材料，结构的稳定性与安全也的不到保证。本工程与一般的做法不同，它先不拆墙，而在柱、梁位置的墙体两侧，分别立新柱、梁，成为组合柱、梁，在地梁、柱、托梁中均保留一部分原旧墙体基础或旧墙体不拆除，施工中以待拆墙体作为施工临时支撑，这样既可以节约施工材料降低成本，又可保证了上部结构不至因拆墙而下沉。所有托换构件施工完毕，待组合柱、梁能承受上部传来的全部荷载后，再按计划拆去应拆的墙“”“”””。这种方法比加临时支撑，先拆除承重墙的方法更加安全、可靠。该方法的优缺点是：1、直接用待拆墙作为支撑，不需采用临时支撑体系，节约施工材料，提高结构施工的稳定性。2、夹芯梁设于板底，不是设在圈梁下，在一定程度上增加了梁下的室内空间。 湖北工业大学硕士学位论文3、其不足之处在于改造后梁的宽度过大，另外由于存在掰旧结合界面，央芯梁的受力可靠性和整体性比整粱差些。托换改造工程中的关键是如何安全地拆除承重墙，可靠地将原来承重墙置换成钢筋混凝土框架结构，为保证部分承重墙抽除后建筑物的安全，应综合考虑抽墙改造对结构整体性和相关受力构件的影响。对相关构件进行加固处理，使新的受力体系安全可靠。3．3．2结构整体性能分析PKPM是结构设计上使用最为广泛的设计软件之一，计算理论成熟并且经过实际工程的验证，本论文采用PKPM对洪山宾馆建立结构计算模型，对结构的整体性能进行对比分析，其中需要加固的梁以加固后的高度的混凝土梁放入计算模型，根据计算模型的内力分析结果对改造后的构件进行配筋或加固。一、结构分析计算基本信息混凝土容重：25KN／ma：砌块容重：22KN／m3；砂浆强度：5N／nun2；竖向荷载计算信息：按模拟施工加荷计算方式；堵、柱设计时活荷载是否折减：不折藏；传到基础的活荷载是否折减：不折减；风荷载计算信息：计算x、Y方向风荷载；基本风压：0．5KN／m2；地面粗糙类别：B类；地震烈度：6度；地震力计算信息：计算x、Y两个方向的地震力；场地土类别：11类；结构阻尼比：5％；恒载分项系数：1．35；活载分项系数：1．4；风荷载分项系数：1．4；水平地震力分项系数：1．3；竖向地震力分项系数：o．5；活苟载组合系数：O．7；风荷载的组合系数：O．6；活荷载的重力荷载代表值系数：O．5；底框结构空间分析方法：按PM主菜单8的规范算法：底部框架层数：1；屋面均布永久荷载标准值：6．5KN／m2：楼面均布永久荷载标准值：4．5KN／m2 湖北工业大学硕士学位论文屋面均布活荷载标准值：2．0KN／m2；楼面均布活荷载标准值：2,0KN／m2；二、整体计算结果1．结构自震周期第一震型自震周期：0．6975秒第二震型自震周期：0．5291秒第三震型自震周期：0．4570秒2．位移在地震作用下的最大层间位移角，x方向为1／9999；Y方向为1／9999，满足(GB50011．2001)规定的层间位移角限值1／650。楼层竖向构件的最大水平位移与该楼层水平位移平均值的比值的最大者：X方向为1．1；Y方向为：1．25；楼层竖向构件的层间位移与该楼层层间位移平均值的比值的最大者：X方向为1．1；Y方向为：1．25。3．重力二阶效应(P一△效应)该结构X方向刚重比点L／打2罗Gj=40．14；Y方向刚重比为2．09。该结构刚重比大于1．4，能够通过高规(5．4．4)的整体稳定验算，该结构Y方向刚重比小于2．7，应考虑重力二阶效应。3．3．3构件的加固设计1、托换梁的加固图3．2粱加固详图图3．3预应力梁加固详图在待拆墙体两侧浇筑混凝土组合梁，考虑传力的可靠性与组合梁的整体性，在板下的组合梁间设置钢筋混凝土连接键，通过连接键左右夹紧楼板下的旧墙体，成为组合梁承托上部结构传来的全部荷载，托换梁的加固设计如图3．2所示“”“”。利用这种组合梁加固具有强度高、刚度大、施工方便周期短等优点。①～⑩轴间由于虱、@，轴的跨度大，所承受的荷载也相应较大，而采用普通的钢筋混凝土梁对底层的诤高有较大的影响，因此考虑①～⑩轴的加固横梁在旧墙体两侧采用预应 湖北工业大学硕士学位论文目；f静卜畦世秘_}博繇巡，嘏冀n匝 湖北工业大学硕士学位论文匦R襁卜旺世稀理挂嫌喽l撩”，竹匝 湖北工业大学硕士学位论文力钢筋混凝土梁，预应力混凝土梁加固设计如图3．3所示“”“6][”3。预应力筋采用抗拉强度标准值为，▲一1860N／ram2的中515．6低松弛钢绞线，张拉控制应力为o．75，。，预应力筋采用HRB400，非预应力筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。连接组合梁的混凝土短键起到连接混凝土组合梁使其共同工作的作用，其受力比较复杂，主要是剪力和挤压力，在设计时根据混凝土短键所受到的剪力和挤压力来确定其间距。根据PKPM的计算结果导出托换梁的内力见图3．4和图3．5，取各托换梁内力最大值进行计算，托换梁内力见表3—4。表3—4各托换梁内力值2、托换柱的加固托换梁向两端墙体传递荷载时，由于承重墙体的均布荷载变为集中荷载考虑在梁端增加混凝土柱，在地面新增基础上柱位置的墙体四周，设置钢筋混凝土附墙柱，通过锚筋将新增混凝土柱与原结构的墙连成整体，形成组合柱去支承组合梁。墙柱之间形成整体，新旧结构共同传力，减小了墙体抽除对结构整体刚度的影响，提高了结构的整体稳定性“””嘲。“。托换柱的加固设计如图3．6所示，由PKPM的计算结果导出托换柱的内力见图3．7，取各托换柱内力最大值进行计算，托换柱内力见表3—5：图3．6柱加固详图 湖北工业大学硕士学位论文函握R霍箍臀g卜匠世秘掣趟掣qn匾 匦坦搭棹拳魁嚣摧∞．n匝；》t，馨{；辩岛带静韶。蕊曩碡*7觳一争；器：t{‰—F：1下警中』轷≮一F美。参千4ko．一：I}一rI一。。I]?。I1一———一“’电g。≈#，fI’爷■{。p』磷蠡～漳；{rT4上～￡：帮奄每劳～每谁；锸_睾一。：拓=移7婶#皋～鑫；=番i=辩鲁一母。豁。。苯”事～毒；蔼窜；缸未：；l落电b孓bd 湖北工业大学硕士学位论文表3—5各托换柱轴力值3、基础的加固PKPM计算结果显示组合柱传递的竖向轴力较大，地基承载力不能满足要求，必须进行基础加固。利用原勒脚墙和条形墙基组成两边夹组合混凝土梁的新条形基础，承受地基反力及支承组合柱嘲㈣㈨。考虑到组合基础的整体性，每隔lm设置混凝土连接短键，因旧基础的存在，对基础的加固应考虑新，旧基础间的处理，新、旧基础的沉降及对建筑结构的影响，本工程将新基础做在原有基础顶面上，将柱荷载传回原基础，不需傲其它地基处理。Ⅲ删伽。PKPM的计算结果导出传至基础的力见图3．8，取其中最大值进行计算，见表3-6，基础加固如图3．9和图3．10所示；F盟{I业一F逝+图3．9基础粱加固详图图3．10基础加固详图表3-6传至基础内力值三、加固时应注意的问题㈨㈣，为保证抽除墙体后建筑的安全，并满足正常使用的要求，考虑如下：(1)加固时不能仅仅加固需抽除墙体上的梁，还需考虑受力体系的改变对相关受力体的影响，所有受力增加的部位都应进行验算，不足时，应加固处理；(2)在满足承载力的同时，还应满足正常使用要求，即避免在抽除墙体的过 湖北工业大学硕士学位论文程中和抽除墙体后结构产生过大的变形；(3)根据《建筑抗震设计规范》(GB5001卜2001)的要求，在房屋的底部沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙。3．4洪山宾馆改造与加固的施工要点一、托换施工要点‘删m瑚1主要的施工流程是：放基础加固边线——挖墙脚两边土方——浇地夹梁底垫层——定地夹梁标高——凿地夹梁的销键孔——扎地夹梁及串梁钢筋——架设木旁板——浇地夹梁及串梁混凝土——拆木旁板及回填土方——定上托梁底标高——凿组合柱边的墙孔——浇筑钢筋混凝土柱——凿、钻托换梁的拉筋、缀条等墙孔——浇组合托梁混凝土——拆非保留的内外墙体——保留的内外横墙、梯间墙抹灰——新加所有梁做外保护层等主要施工要点：1．基础夹芯梁：分挖地槽、布钢筋、立模板、浇注混凝土、回填±等过程，需要注意的问题一是底板面、墙面除泥清洗，保证混凝土与原结构粘结；二是梁端需按支承柱主筋位置和规格预埋插筋；2．支承柱施工：先用钻孔机械于支承柱宽两侧墙体从上至下密排钻孔，再顺皮凿除墙体，并于拆墙端头抹低强度等级砂浆找平。横墙一侧预埋墙柱连接筋、扎柱筋、立模、浇注混凝土；考虑混凝土自由下落高度不宜过大，模板于高度中部留洞，混凝土分节浇注。3．板底夹芯梁：主要程序是钻孔、打销键洞、清洗墙面、扎筋、立模、浇注混凝土。模板直接支承于托梁下的待拆墙上，考虑模板上口已被楼层封闭，每块楼板上于梁顶位置凿两个孔洞，并采用膨胀细石混凝土，以便混凝土从孔洞灌下和保证粱项混凝土与楼板底紧密接触。二、施工注意事项。”㈨㈨(1)本工程施工时，对原有构件应设置适当的支撑，以确保安全。沿计划拆除墙体两侧距墙面150mm～200mm处各设一排顶撑，顶撑间距500n皿，沿梁跨方向全长设置，顶撑均应楔好受力；(2)在板上开设直径lOOmm圆孑L用以浇筑组合梁的混凝土，凿、钻托梁拉筋、缀条等墙孔应在临时支撑设置后进行，并用压缩空气清楚尘渣。(3)为保证新老混凝土能共同工作，在新构件与原有构件的接触面处，原构件应清除粉刷层，冲洗干净，混凝土浇灌前应把板孔梁洞清理干净，凡与新浇混 湖北工业大学硕士学位论文凝土接触的混凝土面，砖面都应浇水充分湿润。托梁制作完毕，与原构件的缝隙均用钢楔块楔紧，并用灌浆料浇灌密实；(4)新增混凝土达到设计强度后，拆除拟拆墙体，拆之前务必设好可靠支撑。所有墙体均应使用专用工具拆除，拆墙时应细砸轻敲，从上往下顺皮拆除，尽量避免振动过大引起结构损坏；(5)在加固施工过程中如发现原结构隐蔽部位有严重缺陷时，应立刻停止施工，会同加固设计人员采取有效措施进行处理后方可继续施工。洪山宾馆的底层改造工程已顺利完成并通过鉴定。目前工作状态良好，证明改造成功，也证明计算结果的正确性。改造加固完工照片见图3．1l3．5本章小结图3．11改造完工照片本章结合洪山宾馆六层砖砌体结构改为底部框架结构的工程实例，提出采用闭合式框架体系并保留原来的部分墙体作为支撑托换原砖混结构，先浇注梁、柱后拆墙，充分利用了原结构的潜力，又保证了施工中原有结构的整体稳定性；采用PKPM软件对改造后的结构建立计算模型(其中需要加固的梁以加固后的高度的混凝土梁放入计算模型)，分析结构的整体性能，并根据PKPM计算结果对改造后的构件进行配筋或加固，详细介绍了洪山宾馆改造加固的检测、鉴定、设计、施工全过程的思路、做法、计算、及注意事项。 湖北工业大学硕士学位论文第4章有限元分析的基本参数有限元法概念的提出始于20世纪加年代，1956年，美国的特纳(MJ．Turner)、马丁(H．C．Martin)等首次将有限元法用于波音飞机结构的分析。此后四十多年来，由于矩阵数学的奠定和电子计算机的大型高速化与微型普及化，有限元法已发展为～种比较新颖和有效的数值计算方法。现已广泛应用于土木、机械、水利、宇航、核电、流体与空气动力学、电磁场、生物医药等工程领域，它具有使用方便、计算精度高、规模大、功能完善等优点，包含有多种条件下的有限元程序且带有强大的前处理和后处理功能，并且通过在工程实践中的应用其计算结果也已经被越来越多的人接受认可。其实质是把具有无限个自由度的连续系统，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题转化为适合于数值求解的结构问题呻][明。砌体是由不同变形与强度特性的砌块和砂浆组成的复合材料，并受施工质量的影响，表现为明显的不均匀和离散性；钢筋混凝土是由钢筋和混凝土组成的非线性材料。目前，人们已经可以对钢筋混凝土结构作比较精确的弹塑性分析，但对砌体结构有限元分析技术特别在非线性方面还不很成熟，不过已逐步显示出它的优越性。通过有限元方法和先进的计算机图形技术可以模拟和再现试验全过程，获取大量的结构反应信息，如结构的位移、应力、应交状况及破坏荷载等，还可得到试验中不易测到的微观数据，从而弥补结构试验的不足之处，并取代了部分模型试验。文中应用美国ANSYS有限元通用程序对结构托换体系简化后的模型进行计算分析，用以得到结构托换过程中的应力一应变及结构变形状况。对结构进行有限元分析，首先必须解决材料的本构关系、破坏准则、及收敛准则等问题啪1。4．1材料的本构关系4．1．1砌体的非线性本构关系材料的本构关系是进行结构分析的前提和根本，由它可推导出弹性模量和稳定系数，对结构有限元分析有重大的影响。砌体是典型的非线性材料，但在非线性方面，它还没有～种令人满意的本构模型㈨。砌体是单个砌块用砂浆砌筑而成的，由于：(1)砖和砂浆的力学性能相差较 湖北工业大学硕士学位论文大；(2)灰缝作为薄弱层分布在砌体之中；(3)水平通缝连续且易饱满，而竖向灰缝间断且不易饱满；(4)两个方向上灰缝间距较大。因此，砌体的抗拉、抗压、抗剪以及应力一应变关系具有明显的方向性。砌体的应力一应变关系取决于所处的应力状态。实验表明，在两轴压一压和单轴受压的条件下，砌体表现为非线性和各向异性。而在两轴拉一压和单轴受拉下，这种非线性现象不会出现，砌体可以考虑为各向同性。(1)砌体单轴受拉时的本构关系试验研究表明砌体抗拉强度较小，单轴受拉19"一￡曲线采用考虑五应力软化效应的两折线简化模式如图4．1所示。其应力．应变关系盯一￡表示为；0‘￡≤F，时，ortExe"Ⅲ。吼盯罴正(4．1)式中正——砌体抗拉强度设计值；#，——是与正对应的应变；￡。——砌体受拉破坏时的极限应变；聊——限拉应变￡。与￡，的比值。o／o．口图4．1砌体结构单轴受拉口一F曲线，图4．2砌体轴心受压口．F曲线(2)砌体单轴受压时的非线性本构关系砌体是弹塑性材料，从受压一开始，应力与应变就不成直线变化。随着荷载的增加，变形增长逐渐加快，在接近破坏时荷载增加很少，变形急剧增长，所以对砌体来说，应力应变关系是一种曲线变化规雄。试验表明，各类砌体在轴心压力作用下的应力应变关系虽不尽相同，但都具有如图4,2所示的特性。对于砌体受压时的应力一应变关系国内外已提出十余种表达式。归纳起来有：直线型、对数型、多项式型和根式型等十余种表达式。其中以JI．HOHH。。K在30年代提出的下列对数型公式较为典型： 湖北工业大学硕士学位论文一判卜靠)∽2，式中P——砌体应变；伊——砌体应力；毒——与块体类别和砂浆强度有关的弹性特征值；，￡——砌体抗压强度标准值。施楚贤教授在上述公式的基础上，根据对87个砖砌体的试验资料的统计分析结果。提出以砌体抗压强度的平均值厶为基本变量的砌体应力一应变关系式，按最小。乘法求得上式中的待定系数=460。因此砖砌体在非线性情况下的受压应力一应交关系公式为：一丽1h(h爿∽3，上钱中，，用表示砌体抗压强度的平均值。砖砌体受压的应力—应变全曲线见图4．39／a*、哆7口⋯雪历‘、’＼；|髟镳‘／t‘)”e／e,#q5}《t，；，露0罩000B●}60#gI}：0l415图4．3砖砌体受压的应力—应变全曲线各类砌体的弹性模量E按《砌体结构设计规范》取值，烧结普通砖砌体弹性模量为1600fMPa，其中f为砌体的抗压强度设计值。砌体的泊松比’，～般取为0．15，砌块砌体的泊松比一般取为O．3，故各类砌体的剪变模量G可近似取为O．4E。(3)砌体双轴受压时的本构关系双向受压下砌体的本构模型且前应用较多的主要有两种，非线弹性本构模型和弹塑性本构模型。文中采用非线弹性本构模型。考虑到和混凝土一致，采用Darwin和Pecknold提出的增量正交模型。假设砌体为正交各向异性材料，在每级荷载增霆中，应力一应变呈线弹性关系。考虑采用等效一维应力一应变关系，等效应变F。由下式求得： 湖北工业大学硕士学位论文屯一—量-(f，’tL21j(4．4)Fw·—————：7_V，霉，、‘．’斗’1一“—土q在任意应力水平下，切线模量可通过对式(4．4)求导后得出：巨。等。cx一(1-詈)詈(-一詈)c。∞峰值应力和应变可以通过破坏包络线求得。4．1．2混凝土的本构关系根据混凝土材料的性质、受力条件及大小、试验方法及不同的理论模型等因素，混凝土材料的本构关系大致可分为以下几种：(1)以弹性理论为基础的线弹性和非线弹性的本构关系；(2)以经典塑性理论为基础的理想弹塑性和弹塑性硬化本构关系；(3)采用断裂理论为基础的理想弹塑性和弹塑性本构关系；(4)粘性材料的本构关系发展起来的内时论描述的本构模型；(5)损伤理论和弹塑性损伤断裂理论混合建立的本构模型。在ANSYS程序中，混凝土首先采用各向同性和非线弹性本构关系，然后通过裂缝开展情况，对各向同性模型进行跟踪调整，从而模拟混凝土各向异性的材料性质m。(1)混凝土各向同性本构关系混凝土的各向同性本构关系同样符合广义虎克定律，其刚度矩阵为：[Dc】edlld12d”d≈d口d330O0O0d“00d∞0d66(4．6)式中d，。-d：：一d。-黼d，：一d-，一d”-渤小如小扬(2)混凝土非线弹性本构关系在ANSYS程序的非线弹性本构模型中，首先定义多轴应力状态下等效单轴 湖北工业大学硕士学位论文应变为：“南卜s，№吨№t)2+》哇G，坤3％)2】(4．7)根据s。一口‘关系符合单轴应变一应力关系的假定，可以得出：单元的弹性应变为：单元的塑性应变为：单元的刚度矩阵为：暑“)*∥o_AL}“)§一J皇§“}一kd}阢】I吾圳(4．8)(4．9)(4．10)式中仁“卜—一单元的弹性应变向量；仁一}_一单元的塑性应变向量；扛“}——单元的总应变向量；ID‘I——单元增量形式弹塑性矩阵；I：D矗J——单元增量形式弹性矩阵；(3)混凝土开裂后的本构关系在ANSYS程序中，混凝土开裂的处理方式是采用弥散裂缝模式，即在垂直于最大主拉应力的方向引入～个薄弱面，薄弱面在后继荷载的作用下，可以提高一定的抗剪能力。当混凝土由受拉转为受压的应力状态时，程序认为混凝土张开裂缝会重新闭合，并且闭合裂缝能够完全承受垂直于薄弱面方向传递过来的压应力，相应地裂缝传递剪力的能力也提高。在计算中，为便于计算收敛，一般取张开剪力传递系数屈为0．25～O．5，闭合裂缝剪力传递系数为0．6～0．8。裂缝张开时的刚度矩阵表示为：酬t南墨：鱼±!!o上三oo二上oo0oo鱼o0oo三000益式中层——开裂截面剪切传递系数：(4．11) 湖北工业大学硕士学位论文R’——反应了拉应力松弛的影响，其定义见图3．4t——混凝土开裂后拉伸应力放松系数，取值默认为0．6；Z——混凝土单轴抗拉强度。ah融捕g稿图4．4混凝土开裂应力．应变曲线如果裂缝是闭合的，那么所有垂直于裂缝面的压应力都能传递到裂缝上，但是剪切力只能传递原来的成倍，闭合裂缝的刚度矩阵可以描述为：嘭】=硐E一’，"，1一"，，，0"，1一，，O0O0反(11加)2O0O0(1—2v)20O0O0鼠(1一知)2(4．12)当裂缝在两个方向或三各方向上同时张开或同时闭合时，刚度矩阵需要重新修改，根据混凝土开裂后应力一应变矩阵的调整情况，可得到开裂后的混凝土应力一应变关系的刚度矩阵：【Dc]：}“】r[DFlr“】(4．13)其中，F“J为单元坐标系与结点坐标系之间的转化矩阵。4．2材料的破坏准则4．2．1砌体的破坏准则砌体结构在荷载作用下一般可能发生三种破坏：受压破坏、受拉破坏和剪切破坏。由于砌体为各向异性材料，工程中砌体的受力相当复杂，要得到完整且准40 湖北工业大学硕士学位论文确的砌体破坏准则有很大的难度。考虑到薄弱层的应力状态，破坏可能仅仅只发生在砂浆层内，也可能砖和砂浆都产生破坏，所以一个合理的破坏准则，应充分考虑这些破坏情况““。(1)单向受力的破坏准则砌体在单向受压时，以砌体的压应变￡。达到其极限压应交￡。作为控制条件，即：Fcs8m(4．14)在单向受拉时，以砌体的拉应力q达到抗拉强度正．作为控制条件，即：盯，s^。(4．15)C2)双向受力的破坏准则砌俸在双向受力的情况下．可出现多种破坏形式：沿齿缝或通缝破坏、沿水平灰缝剪切破坏、砌体压碎或开裂破坏等。砌体在双向受力时，必须结合实际工程情况，可能需结合多种破坏准则，才能较合理地确定砌体的破坏情况。①矾>0"2>0双轴受拉破坏准则砌体在双向受拉时，按最大拉应力理论，以主拉应力达到单轴抗拉强度平均值为破坏准则。即：OrI一，衄。或仃2-允。(4．16)②0"1)．0>or：拉、压共同作用破坏准则砌体处于拉一压联合受力状态时，采用莫尔一库仑理论。即：}一争之l(4．17)Jt^J“她一。11+詈)“‰；(丢一11，她2吼小砌体沿垂直q方向受拉破坏；当s。=￡。时，砌体受压破坏。③q<∥2c0双轴受压破坏准则采用对K．Na．rainc和S。Sinha提出双轴受压破坏准则的改进型破坏准则：·叫詈一刊一o-6I詈+刊“6|剥苫tc4朋， 湖北工业大学硕士学位论文4。2．2混凝±的破坏准则混凝土的破坏准则常用的有：最大主应力准则、广义TERSCA准则、广义MISES准则、OTFOSEN准则和BRESLER．PRISTER准则等““。而有限元软件ANSYS对混凝土材科的处理是采用国际上比较认同的Willam-Wamker五参数破坏准则。William-Wamke五参数破坏准则的破坏面的表达式为：三一S≥0(4．19)l。其中F为单元的应力状态函数，相当于单元的等效应力，可以表示不同状态下的主应力函数，F-F(q，or：，0"3)；S为混凝土的强度函数，相当于混凝土单元的强度因子，可以表示为混凝士材料性质的5个输入参数丘，f，厶，，l，厶和主应力的函数，即：S·sh，盯：，03，无，无，厶，^，厂2)(4．20)在ANSYS中，根据混凝土单元的不同应力状态，将混凝土受力分为四种主要应力状态，并分别确定函数F和s的取值，从而判断单元的破坏情况。(1)0≥0"1苫盯：≥cr3三向受压(包括单轴受压、双轴受压应力状态)时：F一‘一去陆q)2+p：q)2+也--drt)2}(4m)S—Sl。(4．22)其中cos叩。j——2_生殳—1√弛一盯：)2+p：一％)2+乜一q)2，_叫椰船略2，r2160+6舢嗡2，喜1≥如果满足破坏准则，则认为混凝土单元压碎，相当于该单元退出工作。(2)q>0主％苫玛双向受压，一向受拉时：，-墨t去陆吨2+0．22+吧2}∽23)蛐一旧)坐丝电罄希鞔笼产(4．24) 湖北工业大学硕士学位论文其中，Pl-口o+41x+a2X2,P2-60+blx+b222，z一妻(盯2+oI)如果满足破坏准则，则单元在垂直于主应力仉的一个平面上开裂。(3)orI苫or2，0乏吒双轴受拉，一向受压时：F—E一以，i—L2(4．25)s_s，。尝(·+万03)c4．za，如果主应力吼、％均满足破坏准则，则混凝土单元在垂直于q和∥：的两个平面上开裂；如果仅主应力q满足破坏准则，则混凝土单元在垂直于q的一个平面上开裂。(4)q之吒毒∥3>0--轴受拉时：F-，4一df，i；1，2(4．27)szS4={}(4．28)如果主应力吼、0"2、吒均满足破坏准则，则混凝土单元在垂直于q、0"2和or，的三个平面上开裂：如果主应力％、口：满足破坏准则，则混凝土单元在垂直于q和d：的两个平面上开裂：如果仅主应力吼满足破坏准则，则混凝土单元在垂直于仉的一个平面上开裂。4．3收敛准则非线性问题的求解实际上是把一个复杂的非线性加载过程分割为若干个加载增量，在每一个加载增量中进行线性处理，也就是说分段线性化，由此带来的误差在求解时靠平衡迭代加以修正。在ANSYS程序中，对增量方程的平衡迭代采用牛顿一拉普森法，此法可以克服直接迭代过程中误差累计的情况，迫使在每一个荷载增量的末端达到平衡收敛H31。为了判断是否收敛，必须确定一个适当的收敛准则。通常来说，收敛准则的量度变量有：力、位移、增量内能三种。ANSYS程序可以任意组合，但是以力为基础的收敛提供了收敛的绝对量度，以位移为基础的收敛提供了收敛的相对量度。本文采用位移和力相结合的收敛准则。43 湖北工业大学硕士学位论文第5章ANSYS有限元分析5．1有限元分析模型5．1．1砌体有限元分析模型出于砌体的特性，可以认为砌体是一个两相材料，由弹性的块体嵌入非弹性的砂采之中。两相非均质有限元模型早在1978年就有澳大和亚Page所采用，他将砂浆和砌体分开划分单元，两者之间通过联结单元联系起来。但这种模型将单元划分过细，毫无疑问会使问题复杂化。现在为了简化问题，已有一些学者采用均质浆相材料模型。后来有些学者，将通缝和砌体分别划分单元形成一种层状分析模塑。结合本文的研究课题和结构的受力状态，本文即采用此模型，这样就可以按黢固体力学中常用的方法划分单元⋯。5．1．2钢筋混凝土有限元分析模型对于钢筋混凝土材料，它是由性质不同的两种材料一混凝土和钢筋组合而成的，蕻性能明显依赖于这两种材料的性能，它的非线性反应主要由四种效应引起的：园混凝土开裂：②钢筋和受压混凝土的塑性；③钢筋与混凝土之间的粘结滑移、齿料的联锁、钢筋的榫合作用等；④与时间有关的特性，如徐变、收缩、温度和荷载历史。其中前两种因素是钢筋混凝土材料的非线性响应的主要原因。收据钢筋混凝土结构由两种不周材料组成的特性，且前钢筋混凝土的有限元模戮丰要有3种：分离式模型、组合式模型和整体式模型“”。(1)分离式模型．廿离式模型是把混凝土和钢筋各自划分成足够小的单元，按照混凝土和钢筋的不同的力学性能，选择不同的单元形式。受到外力作用后，构件中的钢筋和混凝j：五间在相互约束的同时还可能相对滑动，为模拟两者之间这种粘结约束和相对滑移，分离式模型在钢筋和混凝土之间插入联结单元来予以模拟。若钢筋和混凝盅主阃粘结很好；不会有相对滑移，则两者之闻可视为刚性联结，这时可不用联结单元。这种模型可以较好地揭示钢筋和混凝土两种材料之间相互作用的微观机理。(2)组合式模型组合式模型是介于整体式和分离式模型之间。组合式模型假定钢筋和混凝土两者之间的相互粘结很好，不产生相对滑移。于是在单元分析时，可分别求得钢 湖北工业大学硕士学位论文筋和混凝土对单元刚度矩阵地贡献，组成一个复合地单元刚度矩阵。最常用的组合式模型有分层组合式和钢筋、混凝土复合单元两种方式。分层组合式是在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并假定每～条带上的应力以，和盯。是均匀分布的，根据材料的实际应力应变关系和平衡条件可以导出单元的刚度表达式(包括轴向刚度和弯曲刚度)。钢筋、混凝土复合单元在建立单元刚度矩阵时，不但要考虑混凝土材料的作用，而且要考虑钢筋的刚度贡献。在此种方法中，钢筋既不像分离式那样与混凝土分离处理，也不同于整体式中弥散于整个单元中，而是以实际状态存在于单元之中，但也应考虑其对单元刚度的贡献，且认为钢筋与混凝士相互粘结很好，无相对滑移。(3)整体式模型在整体式模型中，将钢筋弥散于整个单元中，并把单元视为连续均匀的材料。钢筋对整个结构的贡献，可以通过调整单元的材料力学性能参数来体现，例如提高材料的屈服强度盯。和弹性模量等，也可以一次求得综合的单元刚度矩阵，。本文方法是通过求综合的单元刚度矩阵，把弹性矩阵改为由钢筋和混凝土两部分组成，其具体的表达式为：嘲一[Dc卜匦】(5．1)式中，ID。I为混凝土材料的弹性矩阵，在混凝土开裂前可按一般匀质体计算。随着荷载的不断增加，混凝土开裂，裂缝不断出现，【D。】应作相应的调整。【D。】为钢筋的弹性矩阵，其表达式为：h】。乓p10P，00pz0对称0O0(5．2)式中，Es为钢筋的弹性模量，按规范直接查表而得；以p。和见分别为沿x，y和z方向的配筋率。整体式模型的缺点是无法揭示钢筋和混凝土之问相互作用的微观机理。当分析区域较大时，同时我们所关心的计算结果是结构物在外荷载作用下的宏观反映如：结构的挠度和应力一应变的分布状况等，此种情况下采用整体式模型比较合适。根据本文的研究情况和所讨论的计算模型，混凝土采用整体式钢筋 湖北．Y-业大学硕士学位论文混凝土本构模型。5．1．3单元类型(1)钢筋混凝土单元钢筋混凝土单元采用ANSYS程序库中的SOLID65单元。此单元为8结点六面体单元，每个结点均有三个平动自由度UX，UY，UZ，SOLID65单元本身可通过体积配筋率的方法，考虑不同方向钢筋的作用，对于钢簏混凝土结构的整体分析比较有效。SOLID65单元可以考虑钢筋混凝土这类非线性材料的很多非线性性质，诸如钢筋混凝士的塑性变形、徐变、钢筋混凝土在三个正交方向的开裂及压碎等“”。(2)砌体单元在ANSYS程序库中，没有开发出针对砖砌体的单元类型。本文综合各种因素考虑，砖砌体采用SOLID45单元呻1。5．2结构托换体系有限元分析结果砌体与混凝土材料是典型的非线性材料，由于砖砌体的抗拉强度很低，是整个托换体系控制的关键点，可以预见，只要砖砌体不出现受拉破坏，则整个托换体系是安全的“”州。ANSYS在处理结构非线性问题时有两种类型：材料非线性和几何非线性。根据所研究的结构特性，本文主要进行材料的非线性性能分析。其分析步骤如下：(1)建模：由于砌体是典型的非线性材料，整体建模可能导致有限元计算无法收敛，因此在保证一定精度情况下本文采用局部对称有限元模型。(2)加载并求解：①进入求解器；②指定分析类型和分析选项；③加载；④求解；(3)结果分析：把有限元计算结果同PKPM计算结果进行比较分析，得出相关结论。一、有限元模型的建立众所周知，众多的工程结构严格说来都是空间结构，只不过有些结构由于体形、荷载等的特殊规律可以简化为平面结构分析。然而，若要得到更精确的结果，就应当从三维空间进行数值模拟与分析。本文就是尝试从三维空间上对组合结构进行模拟与分析。由于有限元分析中计算工作量十分大，而这些计算在形式上具 湖北工业大学硕士学位论文有规格化的特点，因而适宜于编制有限元程序来进行自动化的数学计算，以代替繁重的手工计算⋯№1。根据加固后的结构体系的受力形式和特点，以⑤轴为研究对象，建立了有限元实体模型，详见图5．1所示，为左右对称结构。有限元分析中模型中组合梁高700m，两边混凝土梁宽250棚，中间原砖砌体墙宽度240啪，整梁长8000唧，柱高3．71m，混凝土等级为C35。混凝土采用SOLID65单元，砖砌体采用SOLID45单元。取混凝土的弹性模量E-3．15x104MPa，砖砌体的弹性模量E一2．4x103MPa；混凝土泊松比V一0．2，砖砌体泊松比，，一0．15。建立的实体模型在保持精度的同时，并采取了一定的简化措施，保证计算结果能够较快的收敛。WⅦ■日喱图5．1⑤轴结构托换体系有限元实体模型二、约束条件和网格划分ELE旺玎l鼍矗CEL图5．2模型约束和网格划分图 湖北工业大学硕士学位论丈经计算，模型的中托换梁面载竖向均布荷载大小为4．6X105N／rnz，其约束情况和网格划分情况详见图4．2所示。三、有限元计算结果有限元计算结果如图所示：一0DALSOL口rIONS’rZP-15∞-1TIE-1“(AVG-)Rb"YS·ODlⅨ-94‘0Sl田一180E+0SSlⅨ--174E+05—0D^L嚣0LUrzO茸STEP-1Stn§，工TIM-1"(AVG)RSYS-0DHX-9440S删一127E+05亭HX·．163E4-∞图5．3结构变形立面图图5．4X方向应力图图5．5y方向应力图48 湖北工业大学硕士学位论文NODALSOLUTION亨rEP一工SUB-1TII皿-ISZ(AVGlR：fYS-0DHX-口．噜40S腰l-．290E·町4SFIX-。391E+04NOD,kLSOLUTIO膏S‘IEP=1S∞=1TI髓-1螂(AVG"RSYS-0D}Ⅸ·口．440S娜_-1562E+04SlⅨ一．513E+0‘NODALSOLl．rl-IO冒S"I"JrP-ISUB-1T工l也·1SYz¨Ⅳ6"RSYS-ODMX-9440SHHI-．66SE+04SID(-．75LE+04图5．6z方向应力图图5．7xy方向剪应力图图5．8yz方向剪应力图 湖北工业大学硕士学位论文日0DALSOLU"110NsTEP-1SUB一1T了Ⅱ￡=1抛(AVG)RSYS-0DlⅨ-9．440SlⅢ．-．233E．404S联-．382E+04钔吧P-15UB一1T工IEE·1s工(AVG)DMX·g．440SN!q-一．271E+04S&Ⅸ-．工971．+05图5．9xz方向剪应力图图5．10第一主应力图四、结果分析根据有限元分析结果托换梁的最大饶度为饶度为9．44rm，梁X方向应力1．74×104KN／m2，xy方向剪应力为5．62×103KN／m2．而根据PKPM导出梁的内力计算得到梁的最大饶度为11．6rm；，应力为3．04×1o|KNImz；剪应力为9．21×104l(N／m2。有限元分析中梁的应力以及变形略小于根据PKPM计算结果计算出的应力，这是由于PKPM是以杆件体系建立模型的，建模时考虑了各种情况的分项系数；而有限元计算中采用实体模型，没有考虑分项系数，故与PKFM计算稍有差别。由以上的分析可见，有限元分析和PKPM计算结果得到的应力变形较为～致，可见改造较为成功，也证明采用闭合式组合框架对砌体房屋底框托换的可行性。50 湖北工业大学硕士学位论文!I；i—!I!!!!!曼第6章结论6．1结论本文研究课题“砖混结构房屋底层改造与加固应用研究”是和建筑结构工程的发展紧密相关。与新建建筑相比，对既有砖混建筑物的结构托换改造具有投资少、工期短、效益商三个突出的优势。其最终目的是在满足安全、可靠、经济合理及兼顾美观的条件下，使既有砖混建筑物满足新的使用功能和要求，提高使用价值，延长使用寿命。因此，对结构托换技术研究，不仅具有较好的科学意义，而且具有很大的工程应用和推广价值吼3嘲。本论文所做的主要工作和研究成果有下列几个方面：(1)首先对于结构加固与改造技术的目的和意义、国内外发展状况及加固方法进行了综合阐述；(2)本文结合洪山宾馆六层砖砌体结构改为底部框架结构的工程实例，采用闭合式框架体系并保留原来的部分墙体作为支撑托换原砖混结构，先浇注梁、柱后拆墙，充分利用了原结构的潜力，又保证了施工中原有结构的整体稳定性；(3)采用PKI-M软件对洪山宾馆改造后的结构建模，分析结构的整体性能，根据PKPM计算结果对改造后的构件进行配筋或加固，并详细介绍了洪山宾馆改造加固的检测、鉴定、设计、施工全过程的思路、做法、计算、及注意事项；(4)结合洪山宾馆改造加固实例，分析加固结构材料的本构关系、破坏准则、及收敛准则等问题；(5)采用有限元程序分析砖混改底框结构托换中的组合粱、柱的的受力和变形，为结构改造加圈效果的分析评价提供依据。通过工程实例对上述研究成果的验证，证明本文关于托换技术在砖混结构改为底部框架结构中的应用，具有较好的研究和应用价值，为砖混改底框结构托换技术提供了较好的理论和实践参考。6．2展望(1)通过对结构托换体系受力和变形更深入的研究，建立夹芯粱、柱组成的组合结构承担荷载的更为明确的关系式，以更好地指导工程设计施工；(2)对砌体结构房屋底层进行整体托换对结构的整体性能产生较大影响，如 湖北工业大学硕士学位论文何考虑也值得进一步研究；(3)砌体的非线性有限元分析还不很成熟，它在双向受力下的本构关系及破坏准则研究还不够，有待进一步的发展和完善。同时有限元分析中各单元参数的选择问题和计算收敛条件对计算结果影响也较大，需要进一步探讨。 湖北工业大学硕士学位论文参考文献[1]张有才等‘建筑物的检测、鉴定、加固与改造》[M]，北京：冶金工业出版社，1997．10[2]唐业清、万墨林等《建筑物改造与病害处理》(M】北京：中国建筑工业出版社，2000，10[3]卓尚木、季直仓、卓昌志‘钢筋混凝土结构事故分析与加固》[蛔，中国建筑工业出版社，北京：1997“]过镇海《钢筋混凝土原理》[岫，清华大学出版社，北京：1999[5]吕西林《建筑结构加固设计》[M]，北京：科学出版社，2001[6]T．鲍雷(新西兰)M．J．N．普里斯特利(美国)著戴瑞同等译《钢筋混疑土和砌体结构的抗震设计》[蛔，北京；中国建筑工业出版社，1999[7]王恩军承重墙拆除改造的设计[J]建筑与结构设计，2005(8)[8]刘训良砖混房屋底层大空间改造中以待拆墙体作支撑的托换施工与监测[J]工业建筑，2002(8)[9]贾强砖混结构建筑物墙体托换的加固设计[J]]四川建筑科学研究，2005，(10)[10]周光新型预应力托换技术设计[J]工业建筑，2005，35(4)[1l】李兰英、周学高、刘跃华运用托换技术加固条基混凝土强度[J]工业建筑，2001，II[12]毛桂平黄小许砌体结构承重墙体的框式托换技术[J]建筑技术，2004，(6)[13]贺大勇砖混结构改造中墙粱托抉技术的额方法[J]旌工技术，2004，(2)[14]韩金峰安明月谭玲逆折除法托换墙体在旧建筑物改造中应用[J]低温建筑技术，2001(1)[15]李安起，张鑫．王继国某框架结构抽柱托换工程实践[J]四川建筑科学研究，2004(9)[16]张良宽杨军贾燕建筑改造工程中的基础托换技术与应用[J]山东建材学院学报，2000(9)[17】蓉居信某多层框架结构改造设计实例[J]广东土木与建筑，2005(4)[18j黄泰赘某大型报告厅抽柱改建结构设计￡剪广东土木与建筑，2005(6)[19]申跃奎于安林某厂房抽柱改造施工的托换技术[J]苏州科学技术学院学报，2004(12)[20]程远兵王三会两种简易可行的砖墙托换粱[J]四川建筑科学研究，2005(8)[21]吴文奇李晨光刘航朱许峰某群技大厦混凝土结构如同改造技术[∞建筑技术开发，2005，33(12)[22]苏慧托换技术在建筑工程中应用[J]建筑技术开发，2003(4)[23]Page．A．-．TheBiaxialCompressiveStrengthofBrickMasonry．Proceedings。InstitutionofCiviiEngineering，Part2。V0171，1981[24]K．Naraine，S．Sinha．Stress—StrainCurvesforBrickMasonryinBiaxial 湖北工业大学硕士学位论文Compression．JournalofStrueturnlEngineering,ASCEl18(6)，1992[25]K．Naraine，S．Sinha．CyclicBehaviorofMasonryunderBiaxialCompression．JournalofStructuralEngineering，ASCEll7(5)，1991[26]K，Naraine，S．8inha．BehaviorofBrickMasonryunderCyclicCompressioJournalofConstructionEngineeringandManagement，ASCEll5(6)，1989[27]AllSS，PageA-．FiniteElementModleforMasonrySubjectedtoConcentratedLoads．J8ttuEngtg，1988，144(8)[28]李莹王总辉张程德州农机厂商住楼墙体托换[J]工业建筑，200l，31(10)￡29]邦文忠周威王英哈尔滨商业幼儿园托换改造设计[J]低温建筑技术，2002(4)[30]郑文忠刘铁王英哈尔滨市计生委办公楼结构改造设计[J]工业建筑，2005，35(4)[31]郑文忠刘铁王英哈尔滨制药六厂变电所扩建改造设计研究[J]哈尔滨工业大学学报，2005，(4)[32]贾彦武于涛姚舜集电信局招待所托换改造设计与旌工[J]低温建筑技术，2005(3)[33]姚虹某工行营业厅续建改建的结构设计[J]山西建筑，2001，27(2)[34]MichaelCraigGriffith，NelsonT．K．Lam，JohnLeonardWilson，andKevinDoherty，ExperimentalIhvestigationofUnreinforcedBrickMasonryWallsinFlexure。JournalofStructuralEngineering，2004，423-432[35]S．BriccoliBati。G．Ranocchiai，andL．Rovero，SuitabilityOfMieromechanicalModelForElasticAnalysisOfMasonry,JournalofEngineeringMechanics，August1999，922-929[36]AgustinOrdunaandPauloB．Lourenco，CapModelforLimitAnalysisandStrengtheningofMasonryStructures，[J]JournalofStructuralEngineering，2003，1367—1375[37]VanZijl，0．P．丸G．，deVries，P．丸，andVermeltfoort，Masonrywalldamagebyrestrainttoshrinkage，ZStruvt．局譬，2004，130(7)，1075—1086[38]PeterTILaursen。Jason豫Ingham，丝ASCE,StructuralTestingofLarge-Scale[39[40[41[42[43[44】[45][46]PosttensionedConcreteMasonryWallS，JournalofStructuralEngineering,2004，1497—1505．郝文化《ANSYS土木工程应用实例"鼬]，中国水利水电出版社，2005．5江见鲸陆新征叶列平《混凝土结构有限元分析》[M]，清华大学出版社，2005．3李皓月周田朋刘相新(ANSYS工程计算应用教程》[M]，中国铁道出版社，2003．1陈文某六层住宅楼墙体拆除更换设计与施工[J]山东建筑，2003，2胡伟胡明罡宋延祥薄壁剪力墙在多层砖混结构房屋改造工程中的应用[J]建筑技术开发，2005(9)芦衰区国税局学生宿舍改建住宅设计[J]广西土东建筑，2001，26(4)刘训良工程加固改造中的组合结构[J]四川建筑科学研究，2005(12)StephenP．Ward。RetrofittingExistingMasonryBuiIdingstoResistExplosions， 湖北工业大学硕士学位论文JournalOfPerformanceOfConstructedFacilities，2004，95—99[47]^_lLWerner，D．A．Lange，P．E．，QuantitativeImageAnalysisOfMasonryMortarMicrostructureJournalOfComputingInCivilEngineering，april1999，1lo-115[48]AlessandraAprile，AndreaBenedetti，Mambers，AscE，FabioGrassucci，AssessmentOfCrackingAndcollapseForOldBrickMasonrycolunstJourualofStructuralEngineering，December2001，1427—1435[49]lLDhanasckar，P．飘Klccman，A．tPage．Biaxialstress-strainRelationsforBrickMasonry．JournalofStructuralEngineering，ASCEIII(5)，1985[50]H．R．Lotfi，B．Shing．InterfaceModleAppliedtoFractureofMasonryStructures，JournalofStructuralEngineering，ASCEl20(1)，1994[51]BrownRIt．PredictionofBrickMasonryPrismStrengthfr∞ReducedConstraintBricksTests．Symp，OnMasonry，PastandPreseot．1974[52]Made札Irolde—Tinsae，R．H．AtkinsonandAhmadA．Hamid．State—of-the—artMadulusofElasticityofMasnory．TheSixNorthAmericanMasonryConferencePhiladelphia，1993 湖北工业大学硕士学位论文致谢在这里首先我要感谢我的导师徐吉恩教授，本文从选题到定稿都是在徐老师的悉心指导下完成的。在整整三年的研究生阶段中，无论在学习上还是生活上，都得到了导师无微不至的关怀和照顾。导师严谨的治学态度、忘我的工作精神、真诚和蔼的为人作风对本人影响至深、受益匪浅。在此谨向导师表示由衷的感谢和敬意。其次我还要感谢我的副导师杨勇教授级高工和蔡洁副教授，在我研究生阶段的学习中，蔡老师给了我很多帮助，而杨老师让我增长了很多工程经验，教会我很多课本上学不到的东西。在此我还要感谢土建学院的各位老师给予本人的帮助；感谢三年中一起生活和学习同学们；感谢我的父母，为了我他们付出了很多很多，这一切我终身难忘。 湖北工业大学硕士学位论文附录已发表论文：‘[1]向晓丹，杨勇，蔡洁．某砌体房屋底层大空间改造设计．建筑技术开发，2005，34(3)[2]杨勇，向晓丹，肖开喜．砌体结构房屋底层敞开式大空间改造方法．第八届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集研究生阶段所做工作：在副导师杨勇教授级高工的指导下，参加了湖北省建筑科学研究院承接的横向课题“洪山宾馆底部砌体改框架”的设计工作。并独立设计了湖北省省直门诊部～栋楼房的增层改造。'