建筑业抗震加固与监测新技术及应用.doc

《建筑业抗震加固与监测新技术及应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑业抗震加固与监测新技术及应用.doc（22页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、建筑业抗震加固与监测新技术及应用1.1消能减震技术1.主要技术内容消能减震技术是将结构的某些构件设计成消能构件，或在结构的某些部位装设消能装置。在风或小震作用时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求；当出现大风或大震作用时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，且迅速衰减结构的地震或风振反应（位移、速度、加速度等），保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏或倒塌，达到减震抗震的目的。消能部件（消能构件或消能装置及其连接件）按照

2、不同“构件形式”分为消能支撑、消能剪力墙、消能支承或悬吊构件、消能节点、消能连接等。消能部件中的消能器（又称阻尼器）分为速度相关型如黏滞流体阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼墙；位移相关型如金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器等，和其他类型如调频质量阻尼器（TMD）、调频液体阻尼器（TLD）等。采用消能减震技术的结构体系与传统抗震结构体系相比，具有大震安全性、经济性和技术合理性。2.技术指标建筑结构消能减震设计方案，应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后确定。采用消能减震技术结构体系的计算分析应依据

3、建筑抗震设计规范GB 50011进行，设计安装做法应遵循国家建筑标准设计图集建筑结构消能减震（振）设计09SG610-2，其产品应符合建筑消能阻尼器JG/T 209的规定。3.适用范围消能减震技术主要应用于高层建筑，高耸塔架，大跨度桥梁，柔性管道、管线（生命线工程），既有建筑的抗震（或抗风）性能的改善等。4.已应用的典型工程江苏省宿迁市建设大厦、北京威盛大厦等新建工程，以及北京火车站、北京展览馆、西安长乐苑招商局广场4号楼等加固改造工程。1.2建筑隔震技术1.主要技术内容基础隔震系统是通过在基础和上部结构之间，设置一个专门的橡胶隔震支座和耗能元件（如铅阻尼器、油阻尼器、钢棒阻尼器、黏弹性阻尼器

4、和滑板支座等），形成高度很低的柔性底层，称为隔震层。通过隔震层的隔震和耗能元件，使基础和上部结构断开，将建筑物分为上部结构、隔震层和下部结构三部分，延长上部结构的基本周期，从而避开地震的主频带范围，使上部结构与水平地面运动在相当程度上解除了耦连关系，同时利用隔震层的高阻尼特性，消耗输入地震动的能量，使传递到隔震结构上的地震作用进一步减小，提高隔震建筑的安全性。目前除基础隔震外，人们对层间隔震的研究和应用也越来越多。隔震技术已经系统化、实用化，它包括摩擦滑移系统、叠层橡胶支座系统、摩擦摆系统等，其中目前工程界最常用的是叠层橡胶支座隔震系统。这种隔震系统，性能稳定可靠，采用专门的叠层橡胶支座作为隔

5、震元件，是由一层层的薄钢板和橡胶相互叠置，经过专门的硫化工艺粘合而成，其结构、配方、工艺需要特殊的设计，属于一种橡胶厚制品。目前常用的橡胶隔震支座有：天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。2.技术指标采用隔震技术后的上部结构受地震作用一般可减小36倍，地震时建筑物上部结构的反应以第一振型为主，类似于刚体平动，其地震反应很小，结构构件和内部设备都不会发生破坏或丧失正常的使用功能，在内部工作和生活的人员不仅不会遭受伤害，也不会感受到强烈的摇晃，强震发生后人员无需疏散，房屋无需修理或仅需一般修理。从而保证建筑物的安全甚至避免非结构构件如设备、装修破坏等次生灾害的发生。建筑隔震设计方案，应根据

6、建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用抗震设计的设计方案，进行技术、经济可行性的对比分析后确定。采用隔震技术结构体系的计算分析应依据建筑抗震设计规范GB 50011进行，设计安装做法应遵循建筑结构隔震构造详图03SG610-1，其产品应符合建筑隔震橡胶支座JG118的规定。3.适用范围建筑隔震技术主要应用于重要的建筑，一般指甲、乙类等特别重要的建筑；有特殊性使用要求的建筑；传统抗震技术难以达到抗震要求的或有更高抗震要求的某些建筑；也可用于抗震性能不满足要求的既有建筑的加固改造。4.已应用的典型工程北京三里河七部委联合办公楼、北京地铁复八线、福建省防震减灾中

7、心大楼、昆明新机场等。1.3混凝土结构粘贴碳纤维粘钢和外包钢加固技术1.主要技术内容混凝土结构粘贴碳纤维和粘钢加固技术是采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂将碳纤维片材或钢板粘贴在结构构件表面（多为构件受拉区），形成复合受力体系，使两者共同工作，以提高结构构件的抗弯、抗剪、抗拉承载能力，达到对构件进行加固补强的目的。外包钢加固法是在钢筋混凝土梁、柱四周包型钢的一种加固方法，可分为干式和湿式两种。湿式外包钢加固法，是在外包型钢与构件之间采用改性环氧树脂化学灌浆等方法进行粘结，以使型钢与原构件能整体共同工作。干式外包钢加固法的型钢与原构件之间无粘结（有时填以水泥砂浆），不传递结合面剪力，与湿式相比，干

8、式外包钢法施工更方便，但承载力的提高不如湿式外包钢法有效。2.技术指标粘贴碳纤维、粘钢和外包钢加固的设计计算和胶粘剂的要求应符合混凝土结构加固设计规范GB 50367和建筑抗震加固技术规程JGJ 116的规定，关于钢材、焊缝设计及其施工的要求应符合钢结构设计规范GB 50017的规定。3.适用范围粘贴碳纤维加固技术适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固，粘钢加固技术适用于钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固，二者均不适用于素混凝土构件，包括纵筋配筋率低于现行国家标准混凝土结构设计规范GB 50010规定的最小配筋率的构件的加固。被加固的混凝土结构构件其现场实测混凝土强

9、度等级不得低于C15 混凝土表面正拉粘结强度不得低于1.5MPa，长期使用的环境温度不应高于60。外包钢加固技术适用于需要提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构的加固。4.已应用的典型工程粘贴碳纤维、粘钢和外包钢加固技术在北京火车站、北京工人体育场、中国国家博物馆等加固改造工程均有应用。1.4钢绞线网片聚合物砂桨加固技术1.主要技术内容钢绞线一聚合物砂浆加固技术是一项新型加固技术，它是在被加固构件进行界面处理后，将钢绞线网片敷设于被加固构件的受拉部位，再在其上涂抹聚合物砂浆。其中钢绞线是受力的主体，在加固后的结构中发挥其高于普通钢筋的抗拉强度；聚合物砂浆有良好的渗透性、对氯化物和一般

10、化工品的阻抗性好，粘结强度和密实程度高，它一方面起保护钢绞线网片的作用，另一方面将其粘结在原结构上形成整体，使钢绞线网片与原结构构件变形协调、共同工作，以有效提高其承载能力和刚度。钢绞线网片一聚合物砂浆加固技术除加固效果优异外，与传统加固技术相比，具有良好的环保、耐久、耐高温、防腐、防火性能，施工快捷方便，现场环境污染小，且由于加固层厚度薄，加固后不显著增加结构自重，对建筑物的外观风貌和使用空间及功能没有影响。2.技术指标钢绞线网片一聚合物砂浆加固的材料和设计计算应符合混凝土结构加固设计规范GB 50367和建筑抗震加固技术规程JGJ 116的要求。其中配制聚合物砂浆用的聚合物乳液环保检验参照

11、民用建筑工程室内环境污染控制规范GB 50325进行，总挥发性有机化合物应200g/L；游离甲酸应0.5g/kg。钢绞线网片聚合物砂浆加固施工可参考北京市地方标准钢绞线网片-聚合物砂浆加固混凝土结构施工及验收规程DB11/T645进行。3.适用范围钢绞线网片聚合物砂浆加固技术适用于砌体结构砖墙、钢筋混凝土结构梁、板、柱和节点的加固。4.已应用的典型工程该技术应用的主要项目有北京工人体育馆改扩建工程、中国国家博物馆改扩建工程、厦门郑成功纪念馆加固工程、厦门特区纪念馆加固工程等。1.5结构无损拆除技术1.主要技术内容无损性拆除是通过金刚石切割工具在高速运转下对钢筋混凝土磨削，并依靠冷却水带走产生的

12、粉屑，最终形成切割面，来实现构件分离的一种拆除方式。可以根据结构特点和周边场地状况，选用高空吊拆、分块切割、整体转运的施工方法。无损性拆除不存在振动，对保留结构无冲击，不会产生微裂纹破坏，不影响结构受力和使用寿命，同时它具有低噪声、无污染、无振动、效率高的特点。（1）无损性拆除静态切割施工方案的设计考虑到待拆除构件的类型较多，单一的拆除方式不仅效率低、成本高，也不可能完成多样的拆除工作。因此在进行方案设计时需结合几种金刚石切割工具的优点，进行有针对性地选择。1）针对板厚薄且切割距离不长的楼板或楼梯可以选用金刚石手持锯对其进行分离，它可进行单人操作，不需要电源，可多台同时作业，方便快捷，施工效率

13、高。2）针对截面宽度较小的如密肋梁可以选用金刚石薄壁钻进行分离，使用简单灵活、施工速度快，虽受钻头直径的影响，切割面积小，但针对截面宽度小的梁效率特别高。3）针对厚度薄、切割距离长且要求精度高的楼板及墙体可以选用大型长导轨金刚石圆盘锯进行分离，它受轨道的控制，切割位置十分准确，精度较高，虽安装较繁琐，并受锯片直径限制切割深度不大，但在进行薄板长距离切割时优势十分明显。4）针对梁柱及截面厚度较大的墙板等大型构件选用金刚石绳锯进行分离，金刚石绳锯具有切割速度快、功率大等特点，不受混凝土形状和位置的限制，但安装较为复杂，在进行大截面的构件切割时具有优势。（2）无损性拆除吊运方案的设计在确定了拆除方法

14、后，吊运方案的选择也十分重要。可以根据场地情况选择履带吊或其他起重机械作为转运工具，根据起重机械的回转半径和吊装能力来确定构件的分块大小。梁一般以一跨为一个吊运单元，个别跨度较大的梁以半跨为一个吊运单元，采用双索双圈吊篮式拴系法；柱以一层高为一个吊运单元，采用单索双股穿孔拴系法；板通过计算自身受力状况确定不同面积为一个吊运单元，采用四点起吊法。（3）无损性拆除施工工艺流程分析原结构图纸确定拆除顺序放线确定拆除范围搭设临时支撑钻吊装孔起重机械就位切割吊运转运清理。2.技术指标（1）金刚石绳鋸绳索的变向是通过导向轮的组合安装来实现的，施工过程中导向轮的安装与主动驱动轮中的位置关系应巧妙的设计，以满

15、足切割要求。绳索切割线速度不低于18m/s。金刚石绳索的质量标准应满足切割过程中最大张拉强度的要求。（2）金刚石圆盘鋸切割鋸片与切割深度的关系见表1.5。切割鋸片与切割深度关系 表1.5锯片直径/mm4006007001200切割深度/mm150250300500轨道安装偏差控制在3mm以内，锯片固定完成后检查调整锯片与切割面的垂直度。平行于墙体切割楼板时，距离墙边最小切割距离为30mm。（3）金刚石薄壁钻孔位偏差：采用十字画线法确定钻孔中心，孔位偏差不超过3mm。利用连续钻孔进行切割时，钻孔采用89mm或108mm孔径施工，1m长度方向上布置钻孔数为1012个。切割直线偏差小于20mm。3.

16、适用范围适用于各类钢筋混凝土结构民用建筑的局部结构拆改及有保留结构要求的工程施工。4.已应用的典型工程为满足2008年奧运会的需要，国家奥林匹克体育中心体育场对原有结构进行了拆除、改造，拆除部分主要集中在看台及看台与高架平台的连廊部分。原看台最高处44步，最低处31步，此次改造仅保留下部20步看台，其上的柱、梁、楼板及折线形看台板全部拆除。柱拆除方量约250m3，梁拆除方量1700 m3，楼板拆除面积约1000m2，看台板拆除面积约3600 m2。通过多种切割工具的组合和合理的施工组织，无损性拆除技术的应用效果非常好。1.6无粘结预应力混凝土结构拆除技术1.主要技术内容无粘结预应力混凝土拆除是

17、指将已张拉完、端头处理完的无粘结预应力混凝土梁、板中的无粘结预应力筋切断，然后再迸行梁、板混凝土的拆除。其技术内容主要包括卸荷架搭设、确定预应力钢筋的位置、人工剔凿找出预应力钢筋、对预应力钢筋进行临时固定并放张卸锚、在指定范围进行混凝土切除、预应力筋重新张拉、封头。2.技术指标（1）符合无粘结预应力混凝土结构技术规程JGJ 92。（2）工艺流程：搭设卸荷架探测确定预应力筋位置剔凿除预应力筋放张卸锚、混凝土切除预应力筋端部加固处理（浇混凝土及附加钢筋）预应力筋重新张拉封头。（3）确定预应力钢筋的位置：在支撑系统搭设完成后，要参考原有结构预应力施工图纸，并结合一些探测仪器如雷达探测仪等，确定预应力

18、钢筋的准确位置以及预应力节点的位置，并作出标记。图1.6-1 预应力筋的切断示意图1）预应力混凝土改造，先将需要拆除构件的每根预应力钢筋所在位置上剔凿三个洞口，其中第一洞口 1和第三洞口3位置在拟拆除的构件的边缘，中间洞口2位置在拟拆除的构件中间。第一洞口 1、第三洞口 3剔凿完成后，第一洞口 1、第三洞口 3处的预应力筋用临时固定锚具固定住， 在中间洞口 2处采用热熔法将预应力筋切断。如图1.6-1所示。2）根据不同情况采用不同的开洞和临时固定方法。然后可以采用气割的方法将洞口内的预应力钢筋切断，将预加应力慢慢释放掉，烧断前必须在该预应力筋张拉端作可靠的防护，在洞口处预应力筋切断放张后，还需

19、重新进行张拉，恢复开洞位置周边结构中的预应力状态，张拉力按照原有结构预应力的张拉力进行。必须注意的是由于预应力筋放张和重新张拉时，张拉端混凝土强度很难满足施工要求且预应力筋出端面处位置难以保证理想状态，因此在张拉之前必须对预应力筋端部进行加固处理，以满足混凝土局部承压的要求。图1.6-2 预应力混凝土结构示意图3）在梁中的预应力钢筋为集团束方式布置的，每梁中布有多根预应力筋在原结构混凝土中，在梁端位置，该预应力钢筋集团束都位于梁的中上端。由于预应力重新张拉需要将预应力钢筋分散开处理，所以这就需要在混凝土拆除完毕后重新浇筑一部分混凝土安放承压板，并配置一定数量的附加钢筋，以承担预应力钢筋局部承压

20、的作用。此部分混凝土强度达到85%以后，就可以对预应力钢筋再次张拉，张拉控制应力按照原结构的要求进行。加上锚具尺寸和混凝土保护层厚度，第一次浇筑的混凝土至少需要300mm，其余部分混凝土第二次浇筑或分若干次浇筑混凝土。如图1.6-2所示。3.适用范围由于建筑物用途的改变而需要对已建成或正在施工的无粘结预应力结构进行改造的工程。4.已应用的典型工程该技术在北京华贸中心商贸广场工程中成功应用。北京华贸中心商贸广场是北京市60 项重点工程之一。总建筑面积186280m2，工程结构形式为框架-剪力墙结构。由于使用功能的改变，对地下一层地上六层局部顶板的无粘结预应力结构进行改造。1.7深基坑施工监测技术

21、1.主要技术内容通过在工程支护（围护）结构上布设凸球面的钢制测钉作为位移监测点，使用全站仪定期对各点进行监测，根据变形值判定是否采取相应措施，消除影响，避免进一步变形发生的危险。监测方法可分为基准线法和坐标法。在墙顶水平位移监测点旁布设围护结构的沉降监测点，布点要求间隔1525m布设一个监测点，利用高程监测的方法对围护结构墙顶进行沉降监测。基坑围护结构沿垂直方向水平位移的监测：用测斜仪由下至上测量预先埋设在墙体内测斜管的变形情况，以了解基坑开挖施工过程中基坑支护结构在各个深度上的水平位移情况， 用以了解、推算围护体变形。临近建筑物沉降监测：利用高程监测的方法来了解临近建筑物的沉降，从而了解其是

22、否会引起不均匀沉降。基准点的布设：在施工现场沉降影响范围之外，布设3个基准点为该工程临近建筑物沉降监测的基准点。临近建筑物沉降监测的监测方法、使用仪器、监测精度同建筑物主体沉降监测。2.技术指标（1）变形报警值：水平位移报警值：按一级安全等级考虑，最大水平位移0.14%H；按二级安全等级考虑，最大水平位移0.3%H。（2）地面沉降量报警值：按一级安全等级考虑，最大沉降量0.1%H；按二级安全等级考虑，最大沉降量0.2%H。（3）监测报警指标一般以总变化量和变化速率两个量控制，累计变化量的报警指标一般不宜超过设计限值。若有监测项目的数据超过报警指标，应从累计变化量与日变量两方面考虑。3.适用范围

23、用于深基坑钻、挖孔灌注桩、地连墙、重力坝等围（支）护结构的变形监测。4.已应用的典型工程深圳中航广场工程、上海万达商业中心等。1.8结构安全性监测控技术1.主要技术内容结构安全性监测（控）技术是指，通过对结构安全控制参数进行一定期间内的量值及变化进行监测，并根据监测数据评估判断或预测结构安全状态，必要时采取相应控制措施以保证结构安全。监测参数一般包括定位、变形、应力应变、荷载、温度、结构动态参数等。监测系统包括传感器、数据采集传输系统、数据库、状态分析评估与预测显示软件等。结构安全监测（控）过程一般分为施工期间监测与使用期间监测，施工期间的监测主要以控制结构在施工期间的安全和施工质量为主，使用

24、期间的监测主要监测结构损伤累积和灾害等突发事件引起结构的状态变化，根据监测数据评估结构状态与安全性，以采取相应的控制或加固修复措施。2.技术指标监测技术指标主要包括传感器及数据采集传输系统测试稳定性和精度，其稳定性指标一般为监测期间内最大漂移小于工程允许的范围，测试精度一般满足结构状态值的5%以内。监测、测试点布置与数量满足工程监测的需要，并满足建筑结构检测技术标准GB/T 50344 等国家现行测试、测量等规范标准要求。构件及结构的安全性与质量应满足钢结构设计规范GB 50017，钢结构工程施工质量验收规范GB 50205，混凝土结构设计规范GB 50010，混凝土结构工程施工质量验收规范G

25、B 50204等现行国家规范标准要求。3.适用范围大跨度钢结构、大跨度预应力混凝土结构、索膜结构、复杂超规范的新型结构、施工质量控制要求高与有重要影响的结构、桥梁结构、隧道等。4.已应用的典型工程国家体育场钢结构、五棵松体育馆钢结构、国家大剧院钢结构、上海卢浦大桥、深圳会展中心钢结构、上海大剧院、上海东方明珠塔、2010年上海世博会世博轴等钢结构与索膜结构、中国航海博物馆结构等。1.9开挖爆破监测技术1.主要技术内容在爆破作业中爆破震动对基础、建筑物自身、周边环境物均会造成一定的影响，无论从工程施工的角度还是环境安全的需要，均要对爆破作业提出控制，将爆破引发的各类效应量，列为控制和监测爆破影响

26、的重要项目。爆破监测的项目主要包括：爆破质点振动速度；爆破动应变；爆破孔隙动水压力；爆破水击波、动水压力及涌浪监测；爆破有害气体、空气冲击波及噪声监测。振动速度传感器、应变计、渗压计、水击波传感器、脉动压力传感器等分别与各类数据采集分析装置组成监测系统；对有害气体的分析可采用有毒气体检测仪；空气冲击波及噪声监测可采用专用的爆破噪声测试系统或声级计。2.技术指标爆破监测在具体实施中应符合爆破安全规程GB 6722；作业场所空气中粉尘测定方法GB 5748；水电水利工程爆破安全监测规程DL/T 5333。3.适用范围适用于市政工程、海港码头、铁路、公路、水利水电工程中的岩石类基坑开挖爆破。4.已应

27、用的典型工程三峡水利枢纽三期上游围堰拆除工程、小浪底水利枢纽的左右岸开挖工程、秦山核电站大型基坑开挖爆破、重庆轻轨三号线江北机场站工程、南水北调丹江口水库加高工程。1.10隧道变形远程自动监测系统1.主要技术内容隧道监控量测是新奥法的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，为了解隧道变形特性及其结构安全状态等提供准确、及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义。因此，它既是保障隧道建设成功的重要手段，也是隧道运营安全的重要保障。本系统是针对大量隧道变形监测需求开发的一种简便、高精度的自动隧道变形监测系统。可对施工中或营运中隧道结构变形进行远程网络化自动监测，提供实时

28、数据分析及预警功能，可为施工或营运安全提供有效保障，同时可有效降低测量人员的劳动强度，减少出入危险施工环境的次数。本系统通过激光、图像传感器接收靶构成测试部件，通过现场采集仪进行数据采集， 经由现场数据总线连接多个采集仪与洞口采集中心交换数据，洞口采集中心数据支持本地分析查看和通过网络发布至数据服务器，构成网络化自动测试系统，系统应用示意图见图1.10-1、图1.10-2。隧道变形监测系统通过在隧道内或洞口固定点设置激光定位器，测试点设置接收靶，激光定位器光斑投射至接收靶面，接收装置图像传感器采集激光光斑图像，通过特定图像处理算法计算出光斑的位置坐标，测试坐标值与初始坐标值比较，可求得测点位水

29、平及垂直移值。测点位置同时设置激光定位器指向下一接收装置，可实现级联。测试数据通过现场总线传输至洞口监测计算机，数据通过有线或无线网络可传输至WEB服务器，实现广域的结构安全监测管理。图1.10-2 隧道变形监测系统监测断面示意图2.技术指标量程：60mm100mm（可扩展）精度：0.5mm总线：485总线电源：6VDC（300Ma）；12 VDC（300Ma）3.适用范围适用于隧道施工及运营过程中结构变形的自动化监测。4.已应用的典型工程该系统在武广客运专线浏阳河隧道下穿机场高速公路暗挖段、贵广铁路小高寨隧道进行现场试用。1.11一机多天线GPS变形检测技术1.主要技术内容GPS测量平差后控

30、制点的平面位置精度为12mm，高程精度为23mm，完全满足边坡或滑坡体监测精度要求。可以在监测点上建立无人值守的GPS观测系统，通过软件控制， 实现实时监测和变形分析、预报，但由于每个监测点上都需要安装GPS接收机，设备费用非常昂贵。一机多天线技术可以利用一台GPS主机控制多个GPS天线，从而实现多个监测点共用1台接收机，并采用GPS通信，数据无线传输到控制中心，实现了系统的无人看守、自动运行，最终使得在监测的总体费用与传统方式相近的基础上，监测成果更加实时可靠。2.技术指标全球定位系统（GPS）测量规范GB/T 18314；混凝土大坝安全监测技术规程DL/T 5178。3.适用范围大型边坡、滑坡体变形监测、大坝变形监测、大桥变形监测等领域。4.已应用的典型工程小浪底水利枢纽大坝变形监测、小湾水电站边坡变形监测、重庆开县巨坪滑坡体变形监测、浦东新区海堤防汛墙位移监测。