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古建筑整体顶升受力分析
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关于我校2015年度大学生创新基金项目结项和评奖的通知.doc25页
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关于我校2015年度大学生创新基金项目结项和评奖的通知.doc
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关于我校2013年度大学生创新基金项目结项和评奖的通知
根据《安阳师范学院大学生创新基金项目管理办法》（院教〔2013〕46号）文件的有关要求，学校决定对2013年度大学生创新基金项目进行结项和评奖工作，现将有关事宜通知如下：
1. 本次结项范围为2013年度大学生创新基金项目，未结项的项目不得参与评奖。
2. 2013年度大学生创新基金项目结项形式、要求及评奖办法按照《安阳师范学院大学生创新基金项目管理办法》（附件1）相关规定。
3. 各院部须于4月2日前报送《安阳师范学院大学生创新基金资助项目结题报告》（附件3）、《安阳师范学院大学生创新基金项目评审表》（附件4）、评奖排序汇总表（附件5）、成果原件及复印件等纸质材料各1份，并发送上述电子版材料至sjk座机电话号码@。
4. 成果为已发表的论文，需报送期刊封面、目录、论文正文及封底完整的复印件，报送的论文电子版应为从期刊官网、中国知网等网站上下载的PDF文档。
5. 成果为科研项目、获奖项目、专利，报送的成果电子版应为上述材料文件、证书原件扫描的jpg格式文档。
6. 成果为研究报告，报送的成果电子版应为PDF文档。
7. 每项结项纸质材料应独立装牛皮纸袋，在纸袋正面贴上大学生创新基金项目评审表封面，背面贴上所附各类材料明细表。
报送地址：教务处实践教学科（和容A楼109室）
座机电话号码
注： 本通知已发送至各院部邮箱，请及时查收。
附件：1.《安阳师范学院大学生创新基金项目管理办法》
2. 2013年大学生创新基金立项项目汇总表
3. 安阳师范学院大学生创新基金项目结题报告
4. 安阳师范学院大学生创新基金项目评审表
5. 安阳师范学院大学
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于古建筑整体顶升受力分析的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：古建筑整体顶升受力分析 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名: 签字日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学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,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名: 导师签名:签字日期: 年月日签字日期: 年月日摘要随着建筑物整体位移技术的不断发展,采用整体顶升技术保护古建筑已经有了一些实例,并取得了良好的效果。到目前为止,建筑物的整体顶升还没有成熟的设计方法和专门的设计规范及施工规程,系统的理论研究远远落后于工程实践,实际工程的设计和施工主要依赖于以往的工程经验。本文利(来源：淘豆网[/p-.html])用 ANSYS 建立有限元模型,分析了在东宫门整体顶升过程中,托换底盘的受力性能。分析结果表明:在东宫门整体顶升过程中,预应力托换梁的最大挠度为 1.47mm,满足《混凝土结构设计规范》对钢筋混凝土受弯构件挠度的限值。在千斤顶加载顶升阶段,托换边梁底部混凝土的最大拉应力为 1.328MPa,小于混凝土轴心抗拉强度 2.469MPa,混凝土不会发生开裂。在千斤顶卸载垫高过程中,托换边梁中间位置的千斤顶卸载后,托换边梁底部混凝土的最大拉应力为 5.2MPa,大于混凝土轴心抗拉强度 2.469MPa,混凝土会发生开裂。在实际施工时,应设置临时支撑,减小跨度,防止混凝土发生开裂。本文利用 ANSYS 建立有限元模型,分析了支撑千斤顶的 H 形截面型钢柱的受力性能,并根据分析结果对 H 形截面型钢柱的结构形式进行改进。分析结果表明:支撑千斤顶的 H 形截面型钢柱的最大压应力为 234.6MPa,小于钢材的屈服强度,满足要求。在保证材料强度不变和较大安全储备的情况下,改进的支撑柱结构形式简单,荷载传递直(来源：淘豆网[/p-.html])接,节省材料,施工方便,能有效的降低工程造价。关键词: 古建筑;整体顶升;应力;H 形截面型钢柱;有限元分析ABSTRACTThe integral jacking-up technology of building has already been adopted toprotect ancient buildings in several examples which achieved favorable effects due tothe development of the integral displacement technology. At present, there is nomature design method, design code and construction rule for integral jacking-up ofbuilding. The systematic theory research is far behind the engineerin(来源：淘豆网[/p-.html])g practice. Thedesign and construction of actual project mainly rely on previous engineeringexperience.The mechanical property of the underpinning plate is analyzed with ANSYS inthe integral jacking-up process of the east door of Yuzhen Palace. It is shown that themaximum deflection of the prestressed underpinning beam is 1.47 mm,whichsatisfies the requirement of the code for design of concrete structures in the integraljacking-up process of the ea(来源：淘豆网[/p-.html])st door of Yuzhen Palace. The maximum tensile stress ofthe concrete under the underpinning edge beam is 1.328MPa in the loading stage. Theconcrete will not crack because 1.328MPa is lower than the axial tensile strengthwhich is 2.469MPa. The maximum tensile stress of the concrete under theunderpinning edge beam is 5.2MPa after the unloading of the middle jack. Theconcrete will crack because 5.2MPa is higher than the axial tensile strength which is2(来源：淘豆网[/p-.html]).469MPa. Temporary support should be set up to reduce the span in order to preventcracking of the concrete in actual construction.The mechanical property of the H section steel column is analyzed with ANSYSin this paper. The H section steel column is improved by changing the structure ording to the analysis results. It is shown that the pressive stress ofthe H section steel column is 234.6MPa,which is lower than the yeilding strength ofthe material(来源：淘豆网[/p-.html]). The structure of the improved supporting column is simple and transferload directly under the condition of invariable bearing capacity and material strength.The project cost is reduced effectively because the improved supporting column savematerial and be convenient for construction.KEY WORDS:A Integral jacking- S H Finite element analysis- i -目录第一章绪论...................................................(来源：淘豆网[/p-.html])......11.1 建筑整体顶升技术的背景.......................................................................11.2 建筑物整体顶升技术概述.......................................................................21.3 国内外整体顶升技术的发展概况...........................................................21.3.1 国外整体顶升技术的发展概况.....................................................21.3.2 国内整体顶升技术的发展概况.....................................................31.4 建筑物整体顶升技术的意义...............................(来源：淘豆网[/p-.html])....................................81.5 建筑物整体顶升技术存在的问题...........................................................91.6 本文主要研究内容、目的和意义...........................................................9第二章武当山遇真宫整体顶升工程....................................112.1 工程背景.................................................................................................112.2 整体顶升的设计思路.............................................................................112.3 整体顶(来源：淘豆网[/p-.html])升的施工流程.............................................................................132.4 整体顶升的关键技术.............................................................................152.4.1 基础托换技术...............................................................................152.4.2 同步顶升技术...............................................................................152.4.3 实时监测技术.............................................................................(来源：淘豆网[/p-.html])..16第三章东宫门托换底盘的受力性能分析................................173.1 东宫门概况.............................................................................................173.2 东宫门整体顶升方案.............................................................................203.3 计算模型.................................................................................................213.3.1 预应力托换梁的建模...................................................................223.3.2 托换边梁和连系梁建模...............................................................283.3.3 混凝土的本构关系.......................................................................293.3.4 钢材的本构关系...........................................................................323.3.5 荷载和边界条件...........................................................................323.3.6 非线性求解设置...........................................................................333.4 分析结果.................................................................................................33- ii -3.4.1 加载阶段托换底盘的变形...........................................................333.4.2 加载阶段托换边梁的应力...........................................................353.4.3 卸载后托换底盘的变形...............................................................363.4.4 卸载后托换边梁的应力...............................................................373.5 本章小结.................................................................................................38第四章支撑 H 形截面型钢柱的受力性能和改进.........................394.1 H 形截面型钢柱概述..............................................................................394.2 计算模型.................................................................................................414.2.1 H 形截面型钢柱有限元建模........................................................414.2.2 钢材的本构关系...........................................................................424.2.3 荷载和边界条件...........................................................................424.3 H 形截面型钢柱的应力..........................................................................434.3.1 轴心受压时 H 形截面型钢柱的应力..........................................434.3.2 最大偏心受压时 H 形截面型钢柱的应力..................................434.4 H 形截面型钢柱的改进..........................................................................444.4.1 轴心受压时改进的支撑柱的应力...............................................454.4.2 最大偏心受压时改进的支撑柱的应力.......................................454.4.3 改进的支撑柱与 H 形截面型钢柱的对比..................................464.5 本章小结.................................................................................................48第五章结论与创新点................................................495.1 结论.........................................................................................................495.2 创新点.....................................................................................................50参考文献...........................................................51发表论文和科研情况说明.............................................54致谢...........................................................55天津大学硕士学位论文第一章绪论- 1 -第一章绪论1.1 建筑整体顶升技术的背景古建筑是我国物质文化遗产的重要组成部分,具有极为重要的历史价值、艺术价值和科学研究价值,蕴含了丰富的历史文化信息,是我国文化传承的无声载体。所有的古建筑都是在特定的历史时期和相应的条件下建造出来的,它能够反映出当时人们的生产生活方式、风俗文化特征和整个社会的科技水平等。古建筑和其他一切历史文物一样,其价值就在于它是历史上遗留下来的东西,不可能再生产、再建造,一经破坏就无法挽回[1]。因此,要对现存的具有历史文化价值的古建筑进行保护。改革开放 30 多年来,我国在经济建设上取得了举世瞩目的成就,城市化进程不断加快,城市规模不断扩大。随着城市的不断发展,在旧城改造、道路扩宽等工程中,都遇到了既有建筑物影响城市改造的问题。首先,我国正处于前所未有的大规模基础设施建设时期,三峡工程、南水北调工程等民生工程都遇到了工程实施与古建筑保护相矛盾的问题。其次,由于地基不均匀沉降,导致一些建筑物沉降过大或整体倾斜,严重影响了建筑物的正常使用。最后,一些具有人文历史价值的建筑物因地质变迁或周围地势抬高等原因,使建筑物的基础明显低于现有地面,受到地下水的侵蚀,承载能力降低,严重影响了建筑物的使用功能,而且减短了建筑物的使用寿命。传统做法一般是将古建筑拆除,这不仅破坏了我国建筑文化的传承,而且会造成很大的经济损失,不利于可持续发展。对于具有人文历史价值的古建筑,一旦遭到破坏,将会造成无法弥补的损失。即使根据古建筑的建筑和结构特征异地重建,也无法使其保持原有的历史文化价值。此外,在拆除古建筑的过程中,会产生大量的粉尘、噪声和建筑垃圾,破坏环境,影响人们正常生活。针对以上问题,采用建筑物整体顶升技术对既有的建筑物进行整体顶升,是解决这些问题的有效途径。根据建筑的结构形式、整体性情况和现场条件,制定安全可靠的整体顶升方案,将建筑物整体抬高而不是拆除重建,不仅能够缩短工期、降低造价、保护环境,而且可以最大限度的保留建筑物的原有风貌和结构构造的完整性。天津大学硕士学位论文第一章绪论- 2 -1.2 建筑物整体顶升技术概述建筑物整体移位技术指将建筑物从原址整体移动到新址的技术。建筑物整体移位包括水平移位和竖向移位。根据不同的迁移路线,水平迁移又可分为直线路线水平移位(平移)和水平选旋转,竖向迁移分为竖向旋转(纠偏)和竖向垂直迁移(整体顶升)[2]。建筑物整体顶升是指在保证原有建筑主体结构(及一定范围的地基基础)安全、完整的条件下,仅对其空间高度进行提高,使之除高程改变以外,其他空间位置基本上保持原貌。其主要原理是首先对现有建筑物进行必要的安全加固,结合顶管技术对建筑物进行基础托换形成刚性的托换底盘,改变建筑物的传力体系,在基础的适当位置将顶升部分与原结构分离,从而使顶升部分变成一个可移动体,然后在托换底盘下面布置顶升动力设备,施加顶升力,将建筑物抬升到设计标高。在建筑物整体顶升过程中使用关键技术有基础托换技术、同步顶升技术和实时监测技术。1.3 国内外整体顶升技术的发展概况1.3.1 国外整体顶升技术的发展概况1983年Ramey[3]和Lowry 研发了一种顶升和监测系统用于钢筋混凝土连续桥梁的整体顶升。他们所研发的顶升和监测系统是在亚拉巴马州公路主管部门之前建立的顶升和监测系统的基础上改进而来的,它包括抬升支撑模块、液压系统和位移监测系统。1995 年 5 月,日本木曾三川公园三深地区瞭望塔成功完成顶升[2]。瞭望塔主体由高度不同的两根直角相交的双曲线拱和拱上方连接两拱的圈梁组成。在顶升过程中采用首先在地面安装拱顶和瞭望层,然后将其顶升,边顶升边接长拱脚的施工工艺。这种施工方法高空作业少,受风荷载影响小,便于调整位置和外部装修,有助于保证施工质量和施工进度。2002 年,为了提高金门大桥(The Golden Gate Bridge)的抗震性能,BalfourBetty 建筑公司和恩派克(ENERPAC)公司采用整体顶升技术使用液压千斤顶将金门大桥整体抬升并支撑了 17 个月,在不中断交通的情况下顺利完成抗震加固改造[4]。2004 年,Fiori and David[5]通过在大桥两端安装千斤顶,成功的将位于美国亚利桑那州的林赛桥的降低了 66cm,与既有结构完成对接。天津大学硕士学位论文第一章绪论- 3 -2006 年,Kenward 和 Monnickendam[6]利用液压千斤顶将位于帕丁顿车站上面重 800 吨,跨度为 65 米的悬索桥整体抬升了 9.4m。在法国米劳大桥的施工过程中,为了进行桥面铺装施工,需要在桥墩之间设置 7 个临时桥墩作为临时支撑。考虑到临时桥墩的高度较大,恩派克(ENERPAC)欧洲工程中心的工程师[7],应用同步顶升技术,对临时桥墩进行倒装法的施工,利用千斤顶将临时桥墩不断从底部顶升抬高、接长,直至达到设计高度与桥面连接。1.3.2 国内整体顶升技术的发展概况2000 年 3 月,广东顺德某公司的办公大楼顺利完成整体顶升 1.78m,并增加了一层地下停车场[8]。办公大楼为首层层高为 5m 的 7 层半的框架结构建筑,位于国道公路旁边。由于国道公路扩建,公路路面升高,使得办公大楼首层底面标高低于路面标高,处于半地下状态,严重影响了办公大楼的正常使用。为了恢复办公大楼的使用功能,并增设一层地下停车场,李小波等根据办公大楼建设时的设计资料和现场勘察资料,将框架柱截断,然后在框架柱下面制作包柱式钢筋混凝土托换承台,进行托换。在混凝土承台与承台之间设置连系梁,使结构成为一个整体,形成刚度较大的托换底盘,如图 1-1 所示。在承台下面安装千斤顶和钢构件垫块,利用千斤顶将办公大楼顶升至设计标高。经过 2 个多月的前期准备,办公大楼的整体顶升耗时 5 天,工期很短,且不影响 2 层以上的正常使用。图 1-1 办公大楼托换底盘平面图萧辉祥、陈景斯等对某教工住宅楼进行加固和整体顶升 600mm,使得住宅楼恢复正常使用[9]。教工住宅楼为五层砖混结构,因原来设计的基础的抗冲切、抗剪和抗弯强度不满足相关规范的要求,使得在投入使用后,墙下的条形基础发生破坏,荷载分布不均匀,地基发生不均匀沉降,建筑物发生严重倾斜。考虑到上部结构承载力和刚度较好,采用促沉纠偏和顶升纠偏相结合的方法对住宅楼进行纠偏加固。促沉纠偏是指在建筑物沉降小的一侧的地基进行钻孔和挖土,使该侧的沉降量增大。在促沉纠偏之后,住宅的首层地面标高将会低于室外地坪标高,再使用液压千斤顶将住宅整体顶升,是住宅的首层地面标高高于室外地坪标高,天津大学硕士学位论文第一章绪论- 4 -以保证建筑物的正常使用。在海河旧桥改造工程中,王青松等采用同步顶升技术,将狮子林桥整体顶升1.271m,使通航净高达到 4.5m 的要求[10]。狮子林桥桥宽 40m,由一座老桥和两座后来新建的新桥组成。考虑到新桥和老桥的结构互相独立,使用功能也互相独立,对狮子林桥的三座桥分别进行整体顶升[11]。吴杰等采用盖梁顶升法和板梁顶升法相结合的方法将上海吴淞大桥北引桥抬高与同济路立交桥相连接[12]。在吴淞大桥北引桥整体顶升过程中,保留了桥面的铺装,先顶升盖梁,然后接高立柱,再顶升板梁,调换支座,充分发挥了盖梁顶升法和板梁顶升法的优点,为桥梁和高架道路的改建施工提供了可借鉴的参考。陈历耿等利用 PLC 多点同步液压顶升控制系统将云南螳川西路景观大道沿线的白塔桥整体同步降落 3.06m[13]。在施工过程中设计了一种升降钢架来交替承受荷载,使大桥降落至设计标高。升降钢架如图 1-2 所示。具体施工时,根据现场勘察和测量,调整支座中心与盖梁处伸缩缝之间的距离,使支座轴心受压。图 1-2 升降钢架在湖嘉申航道升级改造工程中,位于航道上的岂风大桥被整体顶升 2.5m,以满足航道净空高度的要求[14]。赵阳等利用 ANSYS 建立了盖梁和支撑构件互相作用的三维有限元模型,经过分析得出对支座高差最为敏感的构件有横撑、端横梁、连系梁的端部。分析还指出各支座最大相对高差控制在 1cm 以内,可以保证上部结构各混凝土构件不出现裂缝。焦海峰、王现卫[15]通过工程实例介绍了整体顶升技术在更换桥梁支座方面的应用,包括施工前的准备、拆除约束构造和梁体限位装置、安装顶升设备、预先顶升、更换支座、现场监测等方面的控制要点。张原[16]对数十个建筑物断柱顶升和断柱顶升纠偏工程进行了总结,提出了建筑物断柱整体顶升的成套技术,包括:包柱式托换技术、同步顶升及支撑系统、顶升过程中的施工控制和顶升就位后柱的连接恢复。还介绍了断柱顶升在中石化韶关沙梨园加油站屋盖整体顶升工程中的应用情况。具体施工流程为:探明加油天津大学硕士学位论文第一章绪论- 5 -站柱子周边和柱底情况→对柱子进行凿毛,进行上下顶升平台的施工→安装千斤顶、准备钢支撑→利用千斤顶将上下平台顶紧后,截断柱子→分级同步顶升并进行变形监测→修复柱身→待混凝土达到设计强度 80%时,拆除千斤顶和钢支撑。陈卫民利用静压锚杆桩做反力系统,使用千斤顶顶升和浅层注浆技术对一别墅进行顶升纠倾[17]。具体施工时,先在基础上种植钢筋,将原有的底板接长,再在接出的底板上预留桩孔,进行锚杆桩施工,施工完成后,在其顶部架设千斤顶和反力架进行顶升。顶升后在底板与地基之间注浆,同时对原有的地基基础进行加固。在武汉体育中心二期主体育馆的屋盖的施工过程中,吴聚龙[18]等在屋盖四周区域采用满堂脚手架高空散装施工,然后利用液压千斤顶,将总重量达 600t 的屋盖中心区域整体顶升 32.4m,并在空中悬停接长,最后与四周散装区在空中对接。在顶升施工时,为避免提升支架受力不均,要求 8 台液压千斤顶的提升高差控制在 5mm 以内。同时,根据顶升步骤利用 ANSYS 进行数值建模,计算了顶升过程中支架支撑力、构件应力比和屋盖竖向变形,为施工提供理论依据。为满足大型车辆加油和实际使用过程中的净高的需求,毛桂平等将原净高为4.9m 的钢筋凝土框架结构的加油站的屋盖整体顶升 1.2m[19]。工程采用断柱分级同步顶升,以钢混结构作为顶升过程中千斤顶顶升转换的托换平台,用千斤顶做顶升动力设备,以螺旋千斤顶做顶升转换安全保护的支撑。在有充足的安全储备保护和完善的变形监测前提下,将框架柱截断,再将框架分级顶升到设计标高,最后对混凝土柱进行修复加固,完成整个工程施工。浙江某造船公司的船体加工车间是多跨门式刚架结构,经过两年多使用后,发现厂房的钢柱发生不同程度的沉降,导致局部屋面钢梁发生侧弯变形、吊车运行卡轨、吊车制动系统变形,使得厂房不能正常使用。刘卫军、朱纪平[20]使用 4个 100t 的液压千斤顶对钢柱进行整体顶升,并在柱脚采用外包式柱脚进行加固。冯满耀[21]结合济南燕山立交桥整体顶升项目,对整个顶升施工流程进行了详细的介绍,并对大型连续预应力箱梁桥的顶升进行了分析和计算。结合浙江富春江第一大桥整体顶升工程,冀鸿飞[22]对整体顶升时大桥的局部承载力、临时刚支撑的稳定性、限位设计的稳定性进行了分析,得出了顶升时桥梁内力的变化情况和钢支撑的受力状态。在大华清水湾三期老建筑物长 29.04 m,宽 21.11m,占地面积约 635 m2,总建筑面积约 1200m2,为近代典型中西合璧式建筑。上海天演建筑移位工程有限公司根据需求将建筑物先向东平移 63.5m,然后顺时针旋转 36°,接着顶升 2.2m,最后向北平移 31.4m[23],如图 1-3。播放器加载中，请稍候...
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