□文/楊 勇 陳志偉 盧士鵬 李林安

□陳志偉/天津大學(xué)。

□盧士鵬/天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司。

□李林安/天津大學(xué)。

古建筑平移中托換梁承載力測試技術(shù)的應(yīng)用

□文/楊 勇 陳志偉 盧士鵬 李林安

采用電阻應(yīng)變測試法測量托換梁的不同點(diǎn)剪力，通過剪力差來確定托換梁實(shí)際承載力的技術(shù)。將該技術(shù)用于天津西站主站樓的平移頂升施工，在工程施工過程中監(jiān)測了托換梁承載力及其變化。

天津西站；主站樓；托換梁；承載力；應(yīng)變測試；平移

我國有數(shù)量眾多的古建筑 (包括歷史風(fēng)貌建筑)，古建筑是我們國家和民族的文化遺產(chǎn)，也是國家和民族歷史傳統(tǒng)的一種載體。伴隨著社會現(xiàn)代化建設(shè)以及古建筑本身的保護(hù)，需要一些古建筑整體平移或者頂升。但古建筑結(jié)構(gòu)材料通常以磚、瓦、木為主，歷史資料不全、病害程度不清、材料性能差異大是其基本特點(diǎn)，在平移或者頂升施工過程中稍有不周，很容易損毀古建筑，造成巨大的物質(zhì)和文化損失，因此對古建筑平移或者頂升技術(shù)的設(shè)計(jì)、實(shí)施要求很高，要有充分的受力、變形和振動監(jiān)測保證結(jié)構(gòu)的安全。

對于以磚墻為主要承載結(jié)構(gòu)的古建筑，目前比較成熟的平移或者頂升技術(shù)是在墻的切割部位兩側(cè)制作托換梁，通過摩擦、抬墻梁等在建筑基礎(chǔ)的切割部位對古建筑進(jìn)行加固，也成為結(jié)構(gòu)整體的托盤和平移的上滑梁[1]。

托換梁與原結(jié)構(gòu)的墻體共同承擔(dān)古建筑的重量和其他荷載，因此托換梁的實(shí)際承載力與古建筑的安全密切相關(guān)，如果托換梁實(shí)際承載力比較小或變形比較大，可能使古建筑產(chǎn)生較大應(yīng)力和變形，但無限提高托換梁的實(shí)際承載力，會加大工程成本，因此必須把握托換梁實(shí)際承載力。由于古建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性、載荷的復(fù)雜性和支撐條件的易變性，理論分析托換梁的實(shí)際承載力有很大誤差，必須進(jìn)行相關(guān)的測量。盡管我國已進(jìn)行了許多古建筑的平移或者頂升施工[1～4]，但還未見到測試托換梁實(shí)際承載力的報(bào)道。

本文探討通過電阻應(yīng)變測試法測量托換梁不同點(diǎn)剪力，通過剪力差來確定托換梁的實(shí)際承載力的方法。將該技術(shù)應(yīng)用于天津西站主站樓的平移和頂升工程中。

1 托換梁實(shí)際承載力測試原理

1.1 托換梁實(shí)際承載力與剪力的關(guān)系

托換梁是與墻體、抬墻梁等連接在一起的，受力模型見圖1。

假設(shè)結(jié)構(gòu)上部傳來的載荷有分布力q和集中力Fi；抬墻梁傳來的剪力為Q3，在所取段的端部；主站樓墻體的彎矩、剪力分別為M21、M22、Q21、Q22；托換梁的彎矩、剪力分別為M11、M12、Q11、Q12。根據(jù)豎向力平衡原理有

基于同樣的原理，不管墻體、抬墻梁傳下來的力如何分布，也不管是集中力還是分布力，托換梁本身的受力可以按式（2）計(jì)算

因此一段托換梁上的剪力差就是其受力的大小，如果能測量到剪力的分布，自然就可以計(jì)算出托換梁的實(shí)際承載力。但正如圖1表達(dá)的一樣，托換梁不僅外力復(fù)雜，內(nèi)力也還有彎矩M11、M12的作用，要測量剪力，必須消除彎矩的影響。

1.2 托換梁剪力的測試

托換梁外貼于墻體，見圖2。

托換梁

圖2 托換梁與墻體的連接

因此可以認(rèn)為墻體只起傳遞載荷的作用，于是假設(shè)托換梁的中性軸沒有變化，這時(shí)托換梁中性軸任一點(diǎn)的切應(yīng)力只與剪力有關(guān)，大小為[5]

式中：Q表示截面的剪力；b表示截面的寬度，IZ表示整個(gè)截面對Z軸的慣性矩；表示中性軸一側(cè)截面對中性軸Z軸的靜矩。

對于托換梁通常采用的矩形截面（高度為h、寬度為b），公式（3）可以簡化為

如果能測得切應(yīng)力τ，則Q為

電阻應(yīng)變法可以測量切應(yīng)力τ，要求與托換梁中性軸成45°方向布置應(yīng)變片，見圖3。

此時(shí)應(yīng)變片的測得應(yīng)變?yōu)?/p>

式中：E表示托換梁的彈性模量。實(shí)際測量中，為了提高測試精度和消除溫度帶來的影響，通常采用半橋或全橋的應(yīng)變片布置方式，見圖4。

與中性軸成45°的兩個(gè)方向上垂直布置2個(gè)或4個(gè)應(yīng)變片，按圖5電路連接為半橋或全橋電路。

所測得的讀數(shù)應(yīng)變分別為

綜合以上各式，可以得到對于矩形截面的托換梁，測試的剪力與儀器讀數(shù)應(yīng)變間的關(guān)系為

式中：K=2表示采用半橋電路，K=4表示采用全橋電路。

如果按以上方法測得托換梁相距d兩點(diǎn)的剪力Q11、Q22，則可以按（2）式計(jì)算其實(shí)際受力，也可以大致計(jì)算其等效分布力的大小

2 托換梁實(shí)際承載力測試的應(yīng)用

2.1 工程背景

磚墻多為500mm厚，也有部分石頭結(jié)構(gòu)，頂部為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，有一定程度的損壞。工程遷移距離長，面積大，受力體系多次轉(zhuǎn)換，還要通過天津地鐵站隧道，因此對遷移技術(shù)和施工提出了很高要求。最后采用了在主站樓墻的切割部位兩側(cè)制作托換梁的方式，然后在施工各個(gè)階段監(jiān)測托換梁的承載力變化情況。

2.2 測試結(jié)果

托換梁采用強(qiáng)度等級為C30的鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)和測點(diǎn)見圖6。

托換梁剪力測點(diǎn)為托換梁側(cè)面距離穿墻梁0.45m的位置，托換梁截面尺寸為0.35m×0.9m。

本次施工主要有以下工況：

1）主站樓載荷到托換平移梁上；

2)主站樓南北方向水平移動施工，共移動135m；

3)主站樓東西方向水平移動施工，共移動40m；

4)主站樓分2階段頂升施工，其中第1階段頂升行程為1.6m，第2階段頂升行程為1.3m，共頂升2.9 m。

以HJ1和HJ2為例，測試結(jié)果見表1。

還可以動態(tài)監(jiān)測剪力的變化。圖7表示HJ2測點(diǎn)在某日東西向平移時(shí)一個(gè)行程的剪力隨時(shí)間變化曲線。

3 結(jié)論

1）本文基于測量剪力原理介紹了一種測量托換梁的實(shí)際承載力的理論核電阻應(yīng)變測量方法并付諸工程實(shí)踐。

2）監(jiān)測了天津西站主站樓的平移和頂升工程中托換梁實(shí)際承載力，取得了很好的效果。

3）托換梁在托換階段有較大的承載力，達(dá)到140 kN以上，而在南北方向平移階段和東西方向平移階段變化比較小，約3kN左右，但在頂升階段，又有較大變化，達(dá)11kN以上?？傮w沒有很大的應(yīng)力，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

[1]吳定安.上海音樂廳頂升和平移工程的液壓同步系統(tǒng)[J].液壓氣動與密封，2004，（1）：24-26.

[2]鄭華奇，藍(lán)戊己.劉長勝故居整體平移工程的設(shè)計(jì)與施工[J].建筑技術(shù)，2003，（3）：414-416.

[3]吳正菊.保護(hù)文物平移頂升及旋轉(zhuǎn)——大華清水灣老建筑物整體保護(hù)平移工程[J].城市道橋與防洪，2009，（8）：234-234.

[4]張任杰.保護(hù)文物平移及頂升——北京記協(xié)樓整體平移頂升工程[J].城市道橋與防洪，2009，（2）：70-71.

[5]劉 明，蔣連接，李富民.建筑物整體平移現(xiàn)場監(jiān)測[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，23（2）：24-28.

[6]蘇翼林，王燕群，趙志崗，等.材料力學(xué)[M].1版.天津：天津大學(xué)出版社，2001.

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1008-3197（2011）02-05-03

2011-02-21

楊 勇/男，1981年出生，工程師，天津城建集團(tuán)天演建筑物頂升移位工程有限公司主任工程師，從事建筑物頂升移位技術(shù)研究工作。

□陳志偉/天津大學(xué)。

□盧士鵬/天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司。

□李林安/天津大學(xué)。