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1、 古建筑平移中托换梁高下托换结构的允许 承载力 随着城市的开发和改造，许多古建筑面临着拆除重建的危险。古建 筑具有很高的文物价值，为对其进行保护，可以采用建筑物整体移 位技术对古建筑进行平移1.古建筑平移过程中，托换结构作为承受 上部结构荷载并将荷载传递到下部轨道基础的转换结构，其受力和 变形对上部结构在平移过程中的安全影响很大2,3.目前国内对于古 塔整体平移的托换结构的力学研究较少，文中以某古塔平移工程为 例，对平移工程中托换结构的安全储备进行了分析。根据有限元计 算结果，验证了托换结构的工程安全性要求。计算不同托换梁高下 托换结构的允许承载力，为以后类似平移工程托换结构托换梁高的 选取提
2、出了建议。1 工程概况某古塔位于河道附近，由于河流需要治理，需对古塔进行保 护，将古塔向东北方向平移 120m.古塔为 7 层六边形，砖木混合结构，底层占地面积约 20m,高约 22m,塔基用青砖砌筑，外围用青条石包砌一圈。本 次平移塔体自身重量约 310t,托换底座重量 310t,平移总重量共约 620t.托换结构平面如图 1.托换结构分为预应力托换梁、非预应力托换梁和筏板基础三 部分，其中 TL1 为预应力托换梁，TL2 和 TL3 为非预应力托换梁。2 托换结构有限元模型实际工程托换结构中，预应力托换梁采用 C40 混凝土，抗 压强度为 26. 8MPa,弹性模量为 3. 25GPa.非
3、预应 力 托 换 梁 采 用 C30 混 凝 土，抗 压 强 度 采 用 20. 1MPa,弹性模量 3GPa.钢 筋采用 HRB400 钢筋，屈服强度实测值为 465MPa.混凝土本构关 系采用混凝土结构设计规范4附录 C 建议的本构关系，钢筋 采用双折线本构关系。预应力钢绞线张拉控制应力为 1395MPa,考虑预应力的摩擦损 失 l2、钢筋松弛损失 l4 和混凝土的收缩徐 变 损 失 l5,最 终 预 应 力 筋 的 实 际 预 应 力为 843MPa.采用 ANSYS 软件建立托换结构的实体模型5,建模选用单 元类型为 solid65 单元、link8 单元和 solid45 单元。主要
4、研究对象 为下部托换结构，只建立托换结构的实体有限元模型，上部塔体简 化为均布荷载施加在托换结构上。有限元模型中预应力梁、非预应 力梁和托换底座筏板混凝土均采用 solid65 单元用来模拟，钢筋混 凝土采用整体式模型，非预应力钢筋弥散在混凝土单元中。预应力 钢绞线采用 link8 单元模拟，预应力通过降温法施加。在边托梁下 设置钢滚轴，作为托换结构的支座。边托梁下部钢滚轴采用 solid45 单元模拟，钢滚轴与托换边梁之间的连接方式采用刚性连接，模型 采用自由网格划分，网格划分后有限元模型如图 2.施加在托换结构上的荷载主要是上部的塔体自重、混凝土护 筒自重和托换结构自重。其中上部结构自重按
5、照均布荷载施加在托 换结构筏板顶面，三阶混凝土护筒下的等效均布荷载分别为： 第一 阶护筒下荷载 73. 5 10- 3MPa,第二阶护筒下荷载 49 10- 3MPa,第 三阶护筒下荷载为 26. 95 10- 3MPa.托换结构自重荷载通过施加重 力加速度得到，托换结构总重量为 2. 42 105kg,重力加速度取为 9. 8N / kg.托换结构边托梁下部以 200mm 等间距布置直径为 100mm 的钢滚轴，有限元计算时将边托梁下部的钢滚轴作为托换结构的竖 向支座，为托换结构提供竖向约束。为确保上部结构的安全，使平移工程中托换结构具有足够的 安全储备6.文中以托换结构混凝土开裂作为极限状
6、态，对托换结构 的混凝土开裂前安全储备进行了分析。在分析中，由于预应力托换 梁承受大部分的上部荷载，预应力托换梁会比非预应力托换梁开裂 早。分析中将预应力托换梁的开裂荷载作为托换结构的承载力极限 荷载。分析中采用的方法是通过在有限元模型加载面上逐级增加荷 载，直到托换结构预应力托换梁开裂。为保证托换结构在平移过程 中不发生开裂，托换结构开裂前安全储备系数：式中，K 为托换结构开裂前安全储备； Pcr 为托换结构开裂 荷载； P 为托换结构施工阶段荷载。3 计算结果和分析在计算过程中当荷载施加到 475. 01 10- 3MPa 时，预应力 托换梁跨中最大拉应力达到混凝土抗拉强度 2. 39MP
7、a,当再施加下一 荷载子步时，托换结构预应力托换梁混凝土开裂，出现了拉应力释 放现象。这说明托换结构的开裂荷载为 475. 01 10- 3MPa,此开裂 荷载即为托换结构的承载力极限荷载，极限荷载对应的上部结构自 重为 490t.按照之前式（ 1） 提出的算法，计算托换结构的承载力安全 储备系数。根据计算结果，文中研究的古塔平移工程中设计的托换结构 承载能力安全储备系数为 1. 58.托换结构的承载力安全储备系数的 评判标准现今还没有一个明确的标准，文中参考规范中采用的单一 安全系数法和预应力混凝土结构设计与施工一书中预应力受弯 构件的安全系数，考虑托换结构是临时结构只在平移施工过程中起 作
8、用。文中分析过程中，将托换结构的承载力安全储备系数安全值 定义为 1. 5.托换结构的承载力安全储备系数为 1. 58,大于定义的安 全储备系数 1. 5.说明托换结构具有足够的承载力安全储备，能够抵 抗平移施工过程中可能出现的超载或其他不利的状况，为古塔的平 移施工提供一定的安全保证。4 结语文中通过对某古塔平移工程中托换结构的承载力安全储备进 行有限元分析，得出以下结论。托换结构的开裂前安全储备系数为 1. 58,大于按照单一安全系数法确定的预应力混凝土受弯构件的安全 系数允许值 1. 5.设计的托换结构满足安全性要求，且具有足够的安 全储备，当实际施工时出现超载时，不会对上部结构安全造成很大 的影响。
