CN104200049B - 一种评价建筑物移位技术可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种评价建筑物移位技术可靠性的方法，包括以下步骤：采集基本建筑信息，并对该移位后建筑物的新永久基础数据与采集的实际数据比较，判断是否满足建筑物基础承载力强度的要求；并判断牵引及顶推力时的滚动摩擦系数是否满足需要；最后判断墙和柱托换加固体系的应力值是否满足强度需要。本发明的评价建筑物移位技术可靠性的方法完善了建筑物整体移位工程技术，从而为其在今后更广泛合理的应用提供了理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种评价建筑物移位技术可靠性的方法。
背景技术
建筑物整体移位技术是一门新兴的边缘工程技术，它在我国目前的城市建设中已经有了广泛的应用，并表现出广泛的发展前景，但是与该技术广泛的工程应用现状相比，建筑物整体移位工程的设计方法和施工技术还十分缺乏，严重滞后于工程应用，这必将制约该技术更广泛合理的应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种评价建筑物移位技术可靠性的方法。
本发明采用以下技术方案：
一种评价建筑物移位技术可靠性的方法，该建筑物移位技术是将托换加固梁体系、移位轨道及新永久基础顶面均施工成“整体抬升高度/移位距离”的上升坡度，对建筑物施加坡向牵引力，使之沿坡向移位至设计位置和标高，该评价可靠性的方法包括以下步骤：
1)采集以下基本建筑信息：
移位后建筑物的新永久基础数据和建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力；
2)对该建筑建立PKPM计算模型，通过PKPM模型倒算出的建筑物横纵墙整体竖向荷载，获取理论稳定的新永久基础数据，然后与实际采集的新永久基础数据进行比较，判断实际移位后建筑物的新永久基础数据是否满足建筑物基础承载力强度的要求；
3)确定建筑物在移位过程中的受力关系为
T1+T2＝G//+F
摩擦力F为F＝KfG∧/R
其中
T1为牵引力，T2为顶推力，G为建筑物重力，α为坡度，F为摩擦力，f为建筑物移动过程中的滚动摩擦系数，K为阻力增大系数，R是移位设备的滚轮半径，且
G∧＝G cosa
G//＝G sina
所以f＝R(T1+T2-G sinα)/KG cosα
利用采集的建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力代入上式，将计算得到的滚动摩擦系数与根据工程资料分析及实际经验获得的设计牵引及顶推力时取的滚动摩擦系数进行比较，判断是否满足强度需要；
4)墙托换加固体系采用整体式建模，模型建立采用solid45单元，即八节点三维结构实体单元，每个节点有三个自由度，即沿节点坐标系x，y，z方向的平动；以横截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，梁纵向方向为Z轴，一侧加固梁的下侧角点为原点建立模型；模型建立完成后，利用ansys软件经过下式计算得到有限元分析结果：
式中：-钢筋混凝土折算弹性模量
-混凝土弹性模量
-钢筋弹性模量
μ-配筋率
根据上式计算的结果，取墙托换加固模型的不同部位定义路径，查看模型不同部位具体的应力分布计算值，分别与混凝土的强度值进行比较，判断是否满足强度需要；
5)对柱托换加固体系中的混凝土部分模型建立采用solid45单元，对于受力钢筋采用Link8单元，Link8单元可用于模拟桁架、斜拉索、连接及弹簧，三维Link8单元的两个节点具有三个方向的自由度(X、Y、Z)，单元可承受轴向的拉应力及压应力，对于复杂的箍筋区域的处理是将钢筋离散到混凝土当中，单元类型仍然采用solid45；
模型的荷载为托换加固体系中部混凝土柱所传来的上部结构的荷载，由PKPM模型换算出在完全荷载下中间被加固的柱体结构部分传下的荷载；对柱托换加固体系的轨道下部进行全约束；以横截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，梁纵向方向为Z轴，以两个约束边的下角点为原点；模型建立完成后，利用ansys软件经过下式计算得到有限元分析结果：
根据上式计算的结果，取柱托换加固模型的不同部位定义路径，查看模型不同部位具体的应力分布值，分别与混凝土的强度值进行比较，判断是否满足强度需要。
优选的，步骤1)中新永久基础数据的采集可利用如下方法获得：
在新永久基础的平面建立坐标系，然后以该坐标系将新永久基础平面划分为30m*30m的若干个方格，在每个方格的中心点逐级施加合理的轴向压力和轴向上拔力，并设置位移传感器和力传感器，观测相应检测点随时间产生的沉降和上拔位移，根据荷载与位移的关系判定相应的点竖向抗压承载力和单桩竖向抗拔承载力，最后将所有点测得的值相加计算得到平均值，得到新永久基础的承载力。
在上述任一技术方案中优选的是，步骤1)中建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力的采集可使用位移传感器和力传感器相结合来测定，一次同时检测受拉区与受压区两个施力点，且通过与传感器相连的应变仪读取数据，读数间隔为3秒钟。
在上述任一技术方案中优选的是，K的取值为2.5-5.0。
在上述任一技术方案中优选的是，当移位设备的轨道与滚轮均为钢材时，K取2.5。
本发明的有益效果是：
1.建筑物整体移位工程是一个新兴的工程类型，十分缺少正规系统的设计理论和施工方法，本发明的评价方法运用于工程实践，通过实际的工程运用，对该实用性和可靠性进行了论证和补充。
2.完善了建筑物整体移位工程技术，从而为其在今后更广泛合理的应用提供了理论依据。
3.本发明的方法完全安全可行，有很大的实用价值，对今后同类型工程的研究与设计提供了很好的理论资料。
附图简要说明
图1-8，墙托换加固体系沿各路径应力图；
图9-16，柱托换加固体系沿各路径应力图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
评价建筑物移位技术可靠性的方法，该建筑物移位技术是将托换加固梁体系、移位轨道及新永久基础顶面均施工成“整体抬升高度/移位距离”的上升坡度，对建筑物施加坡向牵引力，使之沿坡向移位至设计位置和标高，该评价可靠性的方法包括以下步骤：
1)采集以下基本建筑信息：
移位后建筑物的新永久基础数据和建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力；
2)对该建筑建立PKPM计算模型，通过PKPM模型倒算出的建筑物横纵墙整体竖向荷载，获取理论稳定的新永久基础数据，然后与实际采集的新永久基础数据进行比较，判断实际移位后建筑物的新永久基础数据是否满足建筑物基础承载力强度的要求；
3)确定建筑物在移位过程中的受力关系为
T1+T2＝G//+F
摩擦力F为F＝KfG∧/R
其中
T1为牵引力，T2为顶推力，G为建筑物重力，α为坡度，F为摩擦力，f为建筑物移动过程中的滚动摩擦系数，K为阻力增大系数，一般取2.5-5.0，当轨道与滚轮均为钢材时，取2.5；R是移位设备的滚轮半径，且
G∧＝G cosa
G//＝G sina
所以f＝R(T1+T2-G sinα)/KG cosα
利用采集的建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力代入上式，将计算得到的滚动摩擦系数与根据工程资料分析及实际经验获得的设计牵引及顶推力时取的滚动摩擦系数进行比较，判断是否满足强度需要；
对试验数据的处理及试验结果的得出见表1。
表1 试验数据统计处理及计算滚动摩擦系数表
与牵引力相比，顶推力的规律性较差，大小变化比较明显，这也在一定程度上证明了顶推力在建筑物整体移位过程中起到的是辅助施力的作用：在只有牵引力的作用下，虽然有托换加固体系中的托换加固梁及牵引钢板可以保证建筑物自身在移位过程中的同步性，但是砖混结构的整体性较差，如果一旦建筑物自身移动不同步，就很容易产生裂缝，影响结构的整体性，从而造成危险，因此顶推力的施加是有必要的，它不但可以提供建筑物移位的动力，还可以保证建筑物自身在移位过程中的同步性，虽然从各轴的施力大小看规律性较小，但是它和牵引力共同作用使整个建筑物在移位中达到一种动态的平衡。
4)墙托换加固体系采用整体式建模，模型建立采用solid45单元，即八节点三维结构实体单元，每个节点有三个自由度，即沿节点坐标系x，y，z方向的平动；以横截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，梁纵向方向为Z轴，一侧加固梁的下侧角点为原点建立模型；模型建立完成后，利用ansys软件经过下式计算得到有限元分析结果：
式中：-钢筋混凝土折算弹性模量
-混凝土弹性模量
-钢筋弹性模量
μ-配筋率
根据上式计算的结果，取墙托换加固模型的不同部位定义路径，路径的详细部位见表2。
表2 墙托换加固结构模型分析路径位置
查看模型不同部位具体的应力分布计算值，通过对所研究建筑物的有限元分析，由表2及图1-8可以看出：
根据长期实践经验建立的建筑物整体移位托换加固体系中的墙托换加固结构在承受建筑物竖向传递荷载时，应力分布有较强的规律性：托换加固梁的外侧明显存在较大的由加固梁扭转而产生的拉应力，由于抬梁对加固梁的约束作用，使得在抬梁附近的拉应力减小，其他位置相对较大；
对于托换加固梁，在梁的外测沿梁长方向，主要承受沿Y方向的拉应力，在抬梁区域，加固梁承受的该方向的拉应力明显减小；在梁的顶部沿梁长方向，主要承受的是沿X方向的拉应力，在抬梁区域，加固梁承受的该方向的应力也明显的减小；在梁的底部沿梁长方向主要承受的是Y方向的压应力，在抬梁区域该值也减小。抬梁对于托换加固梁起到了很好的约束作用，对于整个托换加固体系的稳定与受力的合理分布起着至关重要的作用。
对于抬梁，在梁顶跨中部位各方向的应力都有所增加，其中沿X方向的压应力增加明显；在梁底，主要承受的是各方向的拉应力，其中沿X方向的拉应力在跨中区域，即未与加固梁相交区域数值相对较大；在抬梁外测中部，沿Y轴方向X方向的应力由拉应力逐步变为压应力，在抬梁顶部Z方向也受拉应力。
将不同部位具体的应力分布计算值分别与混凝土的强度值进行比较，判断是否满足强度需要。
5)对柱托换加固体系中的混凝土部分模型建立采用solid45单元，对于受力钢筋采用Link8单元，Link8单元可用于模拟桁架、斜拉索、连接及弹簧，三维Link8单元的两个节点具有三个方向的自由度(X、Y、Z)，单元可承受轴向的拉应力及压应力，对于复杂的箍筋区域的处理是将钢筋离散到混凝土当中，单元类型仍然采用solid45；
模型的荷载为托换加固体系中部混凝土柱所传来的上部结构的荷载，由PKPM模型换算出在完全荷载下中间被加固的柱体结构部分传下的荷载；对柱托换加固体系的轨道下部进行全约束；以横截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，梁纵向方向为Z轴，以两个约束边的下角点为原点；模型建立完成后，利用ansys软件经过下式计算得到有限元分析结果：
根据上式计算的结果，取柱托换加固模型的不同部位定义路径，路径的详细部位见表3。
表3 柱托换加固结构模型分析路径位置
查看模型不同部位具体的应力分布值，通过对所研究柱托换加固体系的有限元分析，由表3及图9-16可以看出：
根据长期实践经验建立的建筑物整体移位托换加固体系中的近似倒置牛腿的柱托换加固体系在承受建筑物竖向传递荷载时，应力分布具有较强的规律性：托换加固梁与柱的结合处有明显的应力集中现象，并且向两侧逐渐减小；加固牛腿的有约束端的应力明显较大，由于与工程实际的差别，该部分数据应筛除；加固体系的其他大部分区域处在较低的压应力状态下，发挥了混凝土的抗压性能。
环筋焊缝在路径9处，主要受到的是各个方向的压应力，并且沿Y方向的压应力相对较大，该路径上的只有在下部有X方向和Z方向的较小的拉应力，这说明该处配置的焊缝发挥了作用；在牛腿上下面中部环筋所在区域的应力普遍处在较低的状态，路径11在靠近建筑物原有柱边缘部分，Y方向的压应力逐渐增加。
受约束边牛腿的中部纵筋区域的X、Y方向的应力均较小，靠近约束边抬梁的区域其数值均有所增加，二路径上的Z方向的应力值均较大，且数值的变化也较大，路径12主要受压，路径14主要受拉，该值在配有环筋区域均明显减小，说明环筋发挥的作用较为明显；从路径13和路径15可以看出，无约束边牛腿的中部纵筋区域的Y、Z方向的应力均较小，靠近约束边抬梁的区域其数值均略有所增加，二路径上的X方向的应力值变化较大，路径13主要受压，路径15主要受拉，该方向应力在靠近约束抬梁的区域才明显的增加。
将不同部位具体的应力分布值分别与混凝土的强度值进行比较，判断是否满足强度需要。
此外，步骤1)中新永久基础数据的采集可利用如下方法获得：
在新永久基础的平面建立坐标系，然后以该坐标系将新永久基础平面划分为30m*30m的若干个方格，在每个方格的中心点逐级施加合理的轴向压力和轴向上拔力，并设置位移传感器和力传感器，观测相应检测点随时间产生的沉降和上拔位移，根据荷载与位移的关系判定相应的点竖向抗压承载力和单桩竖向抗拔承载力，最后将所有点测得的值相加计算得到平均值，得到新永久基础的承载力。
步骤1)中建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力的采集可使用位移传感器和力传感器相结合来测定，一次同时检测受拉区与受压区两个施力点，且通过与传感器相连的应变仪读取数据，读数间隔为3秒钟。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.一种评价建筑物移位技术可靠性的方法，其特征在于，该建筑物移位技术是将托换加固梁体系、移位轨道及新永久基础顶面均施工成“整体抬升高度/移位距离”的上升坡度，对建筑物施加坡向牵引力，使之沿坡向移位至设计位置和标高，该评价可靠性的方法包括以下步骤：
1)采集以下基本建筑信息：
移位后建筑物的新永久基础数据和建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力；
2)对该建筑建立PKPM计算模型，通过PKPM模型导出的建筑物横纵墙整体竖向荷载，获取理论稳定的新永久基础数据，然后与实际采集的新永久基础数据进行比较，判断实际移位后建筑物的新永久基础数据是否满足建筑物基础承载力强度的要求；
3)确定建筑物在移位过程中的受力关系为
T1+T2＝G//+F
摩擦力F为F＝KfG∧/R其中
T1为牵引力，T2为顶推力，G为建筑物重力，α为坡度，F为摩擦力，f为建筑物移动过程中的滚动摩擦系数，K为阻力增大系数，R是移位设备的滚轮半径，且
G∧＝G cosa
G//＝G sina
所以f＝R(T1+T2-G sinα)/KG cosα
利用采集的建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力代入上式，将计算得到的滚动摩擦系数与根据工程资料分析及实际经验获得的设计牵引及顶推力时取的滚动摩擦系数进行比较，判断是否满足强度需要；
4)墙托换加固体系采用整体式建模，模型建立采用solid45单元，即八节点三维结构实体单元，每个节点有三个自由度，即沿节点坐标系x，y，z方向的平动；以横截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，梁纵向方向为Z轴，一侧加固梁的下侧角点为原点建立模型；模型建立完成后，利用ansys软件经过下式计算得到有限元分析结果：
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</mrow>
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式中：-钢筋混凝土折算弹性模量
-混凝土弹性模量
-钢筋弹性模量
μ-配筋率
根据上式计算的结果，取墙托换加固模型的不同部位定义路径，查看模型不同部位具体的应力分布计算值，分别与混凝土的强度值进行比较，判断是否满足强度需要；
5)对柱托换加固体系中的混凝土部分模型建立采用solid45单元，对于受力钢筋采用Link8单元，Link8单元可用于模拟桁架、斜拉索、连接及弹簧，三维Link8单元的两个节点具有三个方向的自由度(X、Y、Z)，单元可承受轴向的拉应力及压应力，对于复杂的箍筋区域的处理是将钢筋离散到混凝土当中，单元类型仍然采用solid45；
模型的荷载为托换加固体系中部混凝土柱所传来的上部结构的荷载，由PKPM模型换算出在完全荷载下中间被加固的柱体结构部分传下的荷载；对柱托换加固体系的轨道下部进行全约束；以横截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，梁纵向方向为Z轴，以两个约束边的下角点为原点；模型建立完成后，利用ansys软件经过下式计算得到有限元分析结果：
<mrow>
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根据上式计算的结果，取柱托换加固模型的不同部位定义路径，查看模型不同部位具体的应力分布值，分别与混凝土的强度值进行比较，判断是否满足强度需要；
步骤1)中新永久基础数据的采集可利用如下方法获得：
在新永久基础的平面建立坐标系，然后以该坐标系将新永久基础平面划分为30m*30m的若干个方格，在每个方格的中心点逐级施加合理的轴向压力和轴向上拔力，并设置位移传感器和力传感器，观测相应检测点随时间产生的沉降和上拔位移，根据荷载与位移的关系判定相应的点竖向抗压承载力和单桩竖向抗拔承载力，最后将所有点测得的值相加计算得到平均值，得到新永久基础的承载力；
步骤1)中建筑物整体移位抬升过程中的实际牵引及顶推力的采集可使用位移传感器和力传感器相结合来测定，一次同时检测受拉区与受压区两个施力点，且通过与传感器相连的应变仪读取数据，读数间隔为3秒钟；K的取值为2.5-5.0。
2.根据权利要求1所述的评价建筑物移位技术可靠性的方法，其特征在于，当移位设备的轨道与滚轮均为钢材时，K取2.5。
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| CN104200049A CN104200049A (zh) | 2014-12-10 |
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- 2014-09-22 CN CN201410483355.0A patent/CN104200049B/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: North University of Water Resource and Electric Power Document name: Notification of Publication and of Entering the Substantive Examination Stage of the Application for Invention |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Zongliang Inventor after: Han Aihong Inventor after: Wang Sanzhi Inventor after: Zheng Huijun Inventor after: Qin Yuehong Inventor before: Wu Zongliang Inventor before: Han Aihong Inventor before: Zheng Huijun |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |