南京固强建筑技术有限公司
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总监

    技术总监

    详细介绍：
        技术总监——李丽平，硕士，在读博士，一级注册结构工程师，高级工程师，南京固强建筑技术有限公司技术总监，建筑设计事业部执行副总，江苏省土木建筑学会工程鉴定与加固委员会委员，拥有丰富的工程设计经验。

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    曾参与设计新建工程有厂房、行政办公楼、医院、住宅等等结构设计；加固改造工程主要有房屋整体抗震加固设计、房屋基础切割加固设计、生物发电厂炉排减振加固及ANSYS有限元分析、房屋及轨道纠偏设计、房屋平移设计及房屋增层设计等等。发表论文《复杂钢结构整体旋转迁移关键技术分析》、《既有剪力墙增设大洞口非线性有限元分析》、《关于深埋框架柱加固的一种新方法》、《浅析混凝土结构加固改造设计的几个问题》，该论文被评为江苏省土木工程结构安全与防灾交流会三等奖。

        重视技术创新，专利3项：《加层柱脚节点构造》、《平移建筑物轨道铺设结构》、《预制楼板抗震结构加固》。参与设计南京林业大学张齐生院士、东南大学吕志涛院士设计的竹结构抗震安居房示范工程，教育部博士点基金项目（20103204120007），江苏省自然科学基金项目（BK2009483）。2014年主创的《固强加固计算器》软件，被业内外人士赞誉为加固改造应用领域的革命性创新。


     

     



    既有剪力墙增设大洞口非线性有限元分析
    李丽平 
    （南京固强建筑技术有限公司  江苏 南京210005）

    摘要：人们在对既有建筑物进行改造过程中经常会遇到在既有剪力墙上增设门窗洞口的情况。既有剪力墙开洞后，在外荷载作用下，内力将会重新分布。本文利用非线性有限元的分析方法对这种开大洞口的剪力墙进行简化模拟，对剪力墙的受力性能进行分析，讨论了这种既有剪力墙的开裂和破坏形态，希望对今后类似工程的加固设计能有参考作用。
    关键词：既有剪力墙   内力重分布  非线性有限元分析
    The Existing Shear Wall with Big Hole is Stuided 
    by Noliner Finite Element Anlysis 
                   LiliPing  
    ( Nan Jing Gu Qiang Construction Technology Co., Ltd  Jiang Su  Nan Jing)

    Abstract: People often encounter shear wall in both windows and doors of the mouth of the cave in the reform process of adjacent buildings. The internal forces of shear wall with opening hole will have to distribution under outer loads. This paper, the shear wall with opening big hole is simply simulated and analyzed by nonlinear finite element method. This article mainly discussed the mechanical performance and it’s crack and damage form. Hoped will be able to have the reference function to the next similar project reinforcement design.

    Keywords: existing shear wall; redistribution of internal force; nonlinear finite element
    前言   
        由于这种既有剪力墙的设置给业主的使用带来不便，需要增设门窗洞口，开洞后能够更好地满足业主的使用的要求，因此近年来被越来越多地应用于住宅建筑及商业建筑的改造工程中。但既有剪力墙开洞后导致墙体的内力重新分布，其受力性能也较为复杂。
    开洞后剪力墙的抗震性能较差，国家相关规范和规程中对剪力墙的开洞进行了较严格的规定，因此剪力墙在开洞前需要论证分析是否可行，若可行，应该对其进行相应的加固处理。本文对这种开洞后的剪力墙进行计算和分析是为了在实际工程中，当不可避免需要改造时，能够对其合理加固设计提供参考。本文通过对这种既有剪力墙的非线性有限元分析，给出了相应的结论。
    一、开洞后剪力墙的有限元模型建立及类型判别
        在进行短肢剪力墙的受力分析之前，首先要能了解开洞后剪力墙的类型才能合理地进行计算分析。开洞后，原剪力墙会出现新的连梁，由于连梁和墙肢是共同工作的，我们可以根据考虑轴向变形的整体参数α来划分剪力墙：

                                                      

    （1－1）

    式中 H —— 建筑物的总高度；
         D —— 连梁的刚度系数；
         h —— 层高；
         T —— 轴向变形影响参数；
      —— 各墙肢的刚度。
    式（1－1）中的α值实际上是反映了连梁与墙肢刚度之间的比例关系。如果剪力墙的洞口很大，连梁的刚度很小，墙肢的刚度又相对较小，也就是α的值较小。此时连梁的约束作用很弱，两墙肢的联系很差。在地震力作用下，双肢墙转化为由连梁铰接的两段悬臂墙，这时墙肢轴力为零，地震所产生的弯矩由两段独立的悬臂墙直接分担。如果剪力墙的洞口很大，连梁的刚度也很大，墙肢的刚度又相对较小，则α的值较大。此时连梁的约束作用很强，墙的整体性很好，双肢墙转化为整体悬臂墙，墙肢中的轴力抵抗地震作用产生的弯矩的大部分，因此墙肢中的弯矩较小。当α的值介于上述两种情况之间时，独立悬臂墙与整体悬臂墙二者都在起作用，此时，墙肢截面上的实际正应力由两部分组成，一部分是作为整体悬臂墙作用产生的正应力，另一部分是作为独立悬臂墙作用产生的正应力。
    本文选用的模型是某工程中业主需要在一至八层同样位置处得剪力墙新增设洞口，洞口尺寸为1500mmX2200mm，由于新增设洞口较大，根据上面的判别方法，原有剪力墙变成双肢剪力墙。本文采用非线性有限元建立模型进行分析。模型荷载采用倒三角形荷载模式，该建筑物总高度约为25m，因此该片剪力墙总高度亦25m，其截面尺寸如图一所示。

    图一  既有剪力墙开洞截面示意图（单位：mm）

    本模型中既有剪力墙选取的单元为SOLID65，文在荷载作用处增设矩形钢板，矩形钢板选用的单元为SOLID45。为了在弹塑性分析时综合考虑上述因素，建立本构关系时，应同时考虑以下三个基本要求：
    （1）假定一个符合材料特性的屈服准则；
    （2）建立合适的塑性变形流动法则；
    （3）建立与材料变形特征相应的硬化和软化定律；
        除此之外，还应从三个方面加以探讨：混凝土的特性、钢筋的特性以及钢筋与混凝土之间的粘结和滑移现象。
    综合考虑后本文混凝土的本构关系采用的是《混凝土结构设计规范》规定的本构关系，钢筋的本构关系采用的是理想弹塑性模型。有限元建模的过程中采用体直接建模法，在划分网格时，先对线划分网格然后在对体的网格进行划分，单元的大小为100mm×100mm×100mm。如图二所示。
    二、既有剪力墙非线性有限元的分析过程
        本文按照受力简图来模拟既有剪力墙的受力情况，在施加荷载时考虑到荷载直接作用在混凝土单元上会导致应力集中，使得局部混凝土的崩溃导致结构的整体提前破坏而不能进行准确地分析。解决这种的问题有两种方法，一是在力的作用点处将网格划分的更细；二是在模型的集中力作用点处添加钢板。考虑到本文所选的无翼缘短肢剪力墙的模型比较规则，不便在局部将网格细分。因此，在模型的集中力的作用点处添加一矩形的钢板，其截面尺寸为200mm×100mm×600mm。这样外力作用在钢板上，通过单元力的传递而传给混凝土单元，防止集中力直接作用在混凝土上所产生的应力集中的现象。同时，增加的钢板也可以加速收敛。

     图二 既有剪力墙开洞后的有限元网格划分图

    三、 既有剪力墙的非线性有限元的分析结果
        通过对对有限元模型在倒三角形荷载的作用下结构受力情形的模拟，在ANSYS的非线性有限元分析之后，可以得出剪应力云图、首裂缝以及破坏裂缝分布形态图。
    从剪应力云图（图三）中可以看出：对于每层来说连梁的剪应力要大于墙肢剪应力，整个结构模型中的最大剪应力值出现在第三层的连梁端部，并不是在底层，墙肢的最大剪应力也不是出现在底层。因此在加固过程中要注意中间层墙体及新增连梁的加固。

                 图三  双肢短肢剪力墙模型的剪应力云图

        本文还给出了该片剪力墙在外力作用下的首裂缝及破坏裂缝分布形态图，双肢短肢剪力墙结构在倒三角形荷载作用下的首裂缝和破坏裂缝的分布图，从图中可以发现整个结构在水平荷载作用下，首先在右墙肢的底部发生开裂。与右墙肢相联系的连梁一端发生开裂，其裂缝是从底部向上发展的，而与左墙肢相联系的连梁的上侧开始开裂不断向下发展。随着荷载的增加，连梁的裂缝不断增大，此时，左墙肢处于受压状态，墙肢的底部也开始出现水平裂缝，而右墙肢则处于受拉状态。荷载的继续增加，左墙肢的水平裂缝不断向上延伸，连梁开始屈服。同时，左墙肢的第一条裂缝继续向墙肢内部延伸；右墙肢裂缝发展迅速。再加大荷载时，连梁也开始出现裂缝并向右墙肢发展，所有的裂缝不断的变宽、变长，形成贯通的裂缝，连梁首先破坏，使得墙肢丧失约束而形成两片单独的墙肢，从而导致了整体结构发生破坏。

                   图四 既有剪力墙开洞后的首裂缝及破坏裂缝分布形态图

    四、结束语
        房屋改造过程中，在既有剪力墙上开洞是常见的。如果仅按照现有的规范做法很难达到协同工作的目的。希望通过本文对这类墙体的受力分析能够对类似墙体的加固设计有帮助。在进行开洞后墙体加固应尽量采用混凝土进行加固设计，同时更要注意因开洞而形成的连梁的加固。
    参考文献：
    ['1']包世华 方鄂华；《高层建筑结构设计》（第二版）['M']；清华大学出版社，2001；
    ['2']《混凝土结构设计规范》['M']，中国建筑工业出版社，2002；
    ['3'] 容柏生，高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构['J'],建筑结构；1997；
    ['4'] 张晋、吕志涛，短肢剪力墙—筒体结构模型结构振动台实验研究['J']，东南大学学报，2001；                       
    ['5'] 刘伟，王娱，朱蕴东，双肢短肢剪力墙结构抗震性能实验研究['J']，世界地震工程，2004，6；




    复杂钢结构整体旋转迁移关键技术分析

    李丽平 

     （南京固强建筑技术有限公司  江苏 南京210005）

    摘要：本文结合钢结构布袋除尘车间的整体旋转迁移工程实例，分析指出了建筑物在水平旋转迁移过程中的关键技术难题，并提出了合理的解决方案，给出了上托架设计、旋转轨道和荷载中心确定以及柱脚托换节点设计的方法，为今后类似工程提供参考。
    关键词:建筑物整体旋转迁移技术；钢结构；柱下托换；迁移路线；旋转中心；
    The Key Technology of Complex Steel Structures in Integral Rotation and Translation
                      Li Liping 
           ( Nan Jing Gu Qiang Construction Technology Co., Ltd  Jiang Su  Nan Jing)
    Abstract: It is indicated that the key technology problems of buildings in rotation and translation, combined the steel bag dust workshop project. To these problems, it has proposed the rational solutions. Base on the bracket design method, rotating orbit and load center determined, column foot underpinning node design method given, it provided some advices and suggestions for similar projects in the future.
    Keywords: building integral rotating-moving technique;  steel structure;
    column underpinning node;  rotating-moving path; rotating cente
    引 言
        近年来随着大规模的城市建设和城市改造，中国的建筑物平移技术发展迅速、日臻成熟，并且独创新技术，已经达到世界领先水平。通过大量的工程实例分析表明，建筑物平移技术具有显著的社会效益和经济效益；建筑物整体平移造价大约为新建同类建筑的30%~60%，平移施工工期约为重建同类建筑物的1/4~1/3；同时可保护环境避免产生大量的建筑垃圾；对生产和生活影响较小，二层以上的使用功能基本上不受影响；有利于城市整体规划。本文结合具体工程实例分析了建筑物整体平移旋转的关键技术节点。
     
    1、工程概况
        因东北特钢厂整体改造要求，布袋除尘器车间需要进行迁移旋转。该车间建于2009年，三层钢框架结构，主体总高度17.65m，层高为3.75m、6.8m、7.15m，柱下独立基础，纵向总长度为41.6m，横向总长度为9.8m，柱网为5.2mx4.9m，车间端跨设有柱间支撑，多处设有钢平台、钢爬梯，结构竖向刚度分布不均匀，整体性较差。车间包含设备总重为650吨，在移位过程中，上述设备不拆卸。本工程场边移动距离约62m，且在水平移位的过程中需旋转21.1o，与单向平移相比，整体平移旋转技术设计及施工难度均加大。此外，本工程钢结构体系柔，旋转过程中容易失稳，更增加了设计施工难度。           

     

    图1 布袋除尘器车间剖面图

     
    2、上托架设计
        经过多次现场查看，对除尘车间整体进行质量检测后，发现该钢结构厂房整体性较好，连接节点可靠，考虑该车间整体重量分布不均，竖向刚度存在上大下小现象，且平移路线较长，同时旋转21.1°。为保证上托架结构具有足够的刚度和稳定性，既能有效地传递牵引力，又能适应各个上轨道节点可能产生的不均匀位移，设计时将上轨道结构彼此连接，增设水平支撑，设计成水平向的桁架体系（详见上托架平面图）。托架平面内，内力仍按照平面桁架简图进行计算，平面外内力根据托架在竖向荷载和水平荷载共同作用下的内力情况，托架梁内力按照偏心受压、偏心受拉和弯剪扭构件进行正截面和斜截面承载力验算。
     

    图2上托架平面图

     
    3、确定旋转轨道及荷载传力点
        旋转轨道的定位及设计是本工程的重要技术难题，首先应确定旋转中心，布置弧形轨道及托架梁，在旋转过程中，托架和轨道梁承受的牵引力与其本身的中心线不一致，产生扭矩作用，同时在旋转过程中滚轴需要不断调整，施工难度加大。因本工程地质情况较好，下轨道选用钢梁及枕木组合方式作为下轨道托架，考虑到本工程平移距离相对较大，选用直接旋转到位，该旋转迁移路线较简单，工期短，成本较低，但施工同步控制较困难。
        所谓直接旋转到位的方法是指在建筑物原位置平面图上任意选取两点，在新位置上找其相对应的两点，将新旧位置上对应的两点连线，作两条线段的垂直平分线，两条垂直平分线的交点即为旋转中心，旋转中心确定后，再根据新旧位置对应平面上的点做弧线，该弧线段即为旋转轨道的轴线，轨道轴线为一组以旋转中心为圆心的同心圆弧（如图3所示）。轨道轴线与与钢柱的交点即可设为荷载传力点，迁移时荷载传力点位置必须设置滚轴。

    图3 旋转轨道示意图

     
    4、钢柱节点托换
        本工程另一关键技术为钢柱柱脚节点的托换，由于原结构及设备均不能卸载，在托换过程中要保证结构整体的安全稳定。柱下托换方式有包裹式托换和单梁式托换，本工程不完全采用包裹式托换节点的做法，包裹式托换节点在原有柱的四边均设置托换梁，将建筑物平移方向的外包梁适当延长形成四边包裹的做法。而本工程仅在平移方向设置钢梁，另一方向采用对拉螺栓，再用混凝土将原有钢柱及新增钢梁在柱脚处灌实，形成包裹式柱脚节点（如图4所示）。柱下托换梁伸出柱外长度，在确保托换梁和下轨道梁在滚轴或顶升点的作用下局部抗压承载力能够满足的前提下，不宜外伸太长，否则托换梁柱根部的弯矩和剪力会增大，变形也随之增大。

    图4 钢柱托换节点大样图

     
    结束语
        与单方向平移相比，水平旋转迁移的施工难度大。水平旋转迁移需要准确地设计轨道，合理布置滚轴，同步控制严格，要实时监测，因此要求在迁移过程平移速度不宜过快。在设计、施工及监测方的协同配合下，该车间平移就位后，经全面检测结构完好。目前已投入生产。
     
     
     
    参考文献
    ['1'] 混凝土结构加固设计规范（GB50367-2006）,中国建筑工业出版社，2006-11-01.
    ['2']吴二军，李爱群. 建筑物水平旋转迁移技术及其工程应用，建筑技术，2008.9.
    [3 ]曹双寅，邱洪兴，王恒华. 结构可靠性鉴定与加固技术.北京：中国水利水电出版社，2001.
    ['4']阮蔚文，阮涟，阮毅.旧房改造中的房屋整体平移旋转工程实例.建筑技术，1994（8）.
    ['5']陈绍蕃，钢结构稳定设计指南，北京，中国建筑工业出版社，1996.





    一种新型砖混结构加固修复系统的介绍
    李丽平

    （南京固强建筑技术有限公司）

    摘要：介绍了一种新型的砖混结构的加固修复系统，对其功能、工程应用方面做了较详细的阐述，可供同类砖混结构加固修复时参考使用。
    关键词：砖混结构 无应力 加固修复

    Introduction of A New Masonry Structure Reinforcement and Repair System

     Li Liping 
    (Nanjing Guqiang Construction Technology Co.Ltd)
    Abstract: A new masonry structure reinforcement and repair system is introduced, the aspects of its performances and engineering applications are discussed in detail. These can be referenced for similar masonry structure reinforcement and repair.
    Key words: Masonry Structure; Stress Free; Reinforcement and Repair
    1、前言
        对在用的砖混结构进行可靠性鉴定，认为其承载力或抗震性能不满足现行国家设计规范要求，或进行增层设计时，常常需要对原砖混结构进行加固补强，以满足安全要求。承载力不满足要求时，传统的加固方法包括：增大截面法、组合砌体加固法、FRP加固法、外包钢加固法、锚杆静压桩加固法等。增大截面法和组合砌体加固法占用使用面积较多，影响使用功能，常受到建筑上的限制；外包钢加固法和FRP加固法则两端的锚固要求较高；锚杆静压桩加固法适用于地基加固或托换处理。本文介绍的是一种新型的砖混结构加固系统：Helifix无应力砖混加固修复系统。无应力砖混加固修复技术能针对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行修复，为砖混结构提供迅速、灵活、经济的修复技术。Helifix系统可提供砖混结构无应力的水平平缝加固，裂缝修补，多种连接技术，包括新旧墙体的无应力连接技术、不同材料在不同位置的无应力连接技术等。Helifix系统的产品已成功应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型的砖混结构中，可为砖混结构加固修复和新旧墙体的连接提供经济和无破损的方案。
    2、功能介绍
        Helifix加固修复系统产品主要包括：修复墙体用的钢棒：Helibar（奥氏体不锈钢304级和316级），有4、5、6、8mm四种直径；修复墙体用的连接件：BowTie（8mm）、CemTie(8mm和10mm)、RetroTie(6mm和8mm)、DryFix(8mm和10mm)、CemenTie(6mm)、ResiTie(6mm)；修复墙体用的粘结剂和工具：TE裂缝粘结剂、Helibond水泥浆、PolyPlus树脂；金属探测器、内窥镜、Helibond工具、PolyPlus工具；新建墙体的连接件：TimTie、TurboTie、MorTie、StarTie；不同材料的连接件：InSkew固定件、TurboFast多功能固定件、Terra Cotta Tie陶土连接件、Helibar Staple；墙体的抗震连接器：专门的Helifix Seismic Connector。
    2.1砖混结构建筑物无应力加固修复技术
        Helifix系统可为砖混结构提供无应力的水平平缝加固，将螺旋状不锈钢棒Helibar埋入砖混结构从而在内部建立可承受荷载的梁，与Helifix其余的连接件和固定件的结合使用，可实现横向和竖向的抑制使整个结构形成整体，为大部分砖混结构提供全面、无破损和经济的加固修复技术。Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的主要功能如下：重新连接纵横墙; 托梁与砖墙的连接; 修复断裂的砖墙; 重新连接内外墙;修复砖拱过梁; 修复转角和洞口处的裂缝; 托梁侧面与砖墙连接; 新建砖梁; 裂缝修补; 修复或新建过梁;空心墙连接; 屋顶托梁与砖墙连接;如图1所示。
        Helifix系统也可用于砖混结构的上部托换，将混凝土垫块放在结构的转角处或指定的位置处，Helifix系统就可以在砖石结构中建立多道支撑梁，这样就能在垫块间形成明显的跨度来重分布荷载，这样可使总体的托换成本相应减少。
        Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的施工过程：
        在加固修复方案定好之后，Helifix系统的施工是非常快捷的。在结构砂浆层按照预定的深度和尺寸切割出狭槽，将相同长度的奥氏体不锈钢HeliBar棒使用HeliBond水泥浆埋入，形成加固的砖混梁，这些不锈钢棒可以弯曲以适应拐角。我们通常用的粘结剂是HeliBond水泥浆，但在要求强度迅速达到标准，例如在过梁修复的情况下，则可使用PolyPlus树脂。对很长的墙体，可采用搭接的长不锈钢棒进行加固。施工结束后建筑物几乎看不出修复痕迹，在施工过程中建筑物的主人也不用搬出来。

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    图1 砖混结构建筑物无应力加固修复技术

     
     
     
     
     

       图2砖混结构桥梁、隧道无应力加固修复技术

    2.2 砖混结构桥梁、隧道无应力加固修复技术
        砖混结构桥梁由于年代久远、气候侵蚀和荷载引起的应力增加导致出现各种各样的问题。许多桥梁使用已经超过100年，因此出现了许多问题，包括砌砖碎裂、拱腹开裂和砖拱断裂等。公路、铁路隧道也遇到同样的问题，由于渗水、振动、因地基变动和新增静荷载引起的荷载变化导致。另外，许多列入保护的结构要求进行合理的、无破损的修复，使结构的外观不受影响。
    传统的修复方式，例如喷射混凝土、浇筑混凝土衬砌或拆除重建都耗时昂贵，且影响正常使用，如铁路和公路的运营。Helifix系统已发展成熟，它可以增加桥梁或隧道的承载力，解决所有常见的问题，实验证明经过加固后结构承载力可达加固前的两倍以上['1']。
        Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的主要功能如下：拱腹建梁及连接; 桥墩裂缝修补; 桥墩与压顶石的连接; 建梁与连接; 拱肩的连接; 碎砖的连接; 砖拱断裂的连接；如图2所示。
     通过Helifix系统的加固修复，可成功地解决砖混结构失效的问题，包括拱肩侧移、砖拱断裂、砖石分层、砖拱和拱腹膨胀、桥墩和翼墙开裂、砖石松动和开裂、压顶石松动以及隧道内层失效等问题，修复过程中不产生额外应力，对结构不造成损伤。
        Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的施工过程：
        加固修复方案定好之后，将Helibar钢棒用HeliBond水泥浆埋入拱腹和拱肩预先切割好的狭槽内，根据实际要求决定数量。与CemTie连接件或DryFix连接件组合使用，可为砖混桥梁和隧道的失效或承载力不足提供多种可靠的加固修复方案。
        裂缝修补是将Helibar钢棒穿过裂缝用用HeliBond水泥浆或PloyPlus树脂埋入狭槽内，这样可在紧固砖混结构的同时将荷载重分布，防止裂缝再产生。
    2.3砖混结构抗震新技术
        为了满足砖混结构现在的抗震要求或修复升级现有结构，表面连续加固的方法越来越被常用。Helifix系统提出了一种新的抗震加固技术，将抗震连接器（Seismic Connector）与砂浆层内的DryFix连接件相固定，不锈铁丝穿过抗震连接器用Helibond水泥浆埋入预先切割好的灰缝中，这样就形成了灰缝和砖混之间的机械连接，如图3所示。
        Helifix系统对于砖混结构抗震加固的施工过程：
        在砖混结构表面，选择8mm直径的DryFix连接件安装位置，最好选在平缝与竖缝的交叉点处，这样可尽量减小对结构的破损；钻定位孔，外部扩大孔直径至11mm以容纳抗震连接器；在砂浆层切槽，建议采用金刚钻切割机和真空吸尘器，确认没有砂浆和灰尘留在槽内，然后用清水敷湿；安装DryFix连接件，然后将抗震连接器与其完全结合，且孔保持水平；将铁丝穿过相邻的抗震连接器，用Helibond水泥浆灌入抗震连接器中，将Helibond水泥浆灌入槽内，确保铁丝被完全植入。

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    图3砖混结构抗震新技术

    2.4 无应力连接技术
    2.4.1新建墙体的无应力连接技术
        StarTie采用特殊的螺旋式不锈钢设计，是一种创新的墙体连接件，它可提供新旧墙体的无应力连接技术，无论是增加内外墙、新砌十字墙、拆除破损墙和恢复及延伸旧墙均有效，适用于所有常用的建筑材料。
    StarTie连接技术的施工过程：
        在新建墙体时，如果现有的墙体采用的是轻集料砖，StarTie连接件可直接钻入现有墙体中，而另一端留在新建墙体的砂浆层内。如果现有墙体采用的是实心砖或混凝土，则必须先在现有墙体上钻一个6mm的定位孔，然后将StarTie连接件安装进去，另一端留在新建墙体的砂浆层内。
    2.4.2 多种材料的无应力连接技术
        Turbofast多功能固定件可以将木材固定到砖混结构和混凝土结构的不同位置上。它通常可用于壁脚板、护墙板、相框、门框、窗框、橱柜压条、石膏板压条、干挂面砖和天花板等的固定；InSkew可用于砖混结构屋顶压条的固定，安装时依次穿过屋面压条、保温层直至深入椽子35mm。许多使用陶土的建筑使用已经超过100年了，因为年代久远、气候侵蚀和应力的原因已导致了开裂，固定这些松动或开裂且易碎的陶土要求相当精细的修复技术，DryFix固定件即是针对此要求的专利产品。HeliBar6号钢钉是石灰石裂缝修补的一个理想选择；混凝土板会由于收缩、振动、超载、结构变形以及钢筋的锈蚀而导致开裂，我们通常采用的修补方法是在裂缝中注浆以形成牢固的连接，但质量比较难控制，使用HeliBar6号钢钉可以修补混凝土板裂缝，且能有效防止裂缝的再产生。图4所示为多种材料的无应力连接技术。

    图4 多种材料的无应力连接技术

    3、工程应用
        问题1：在英国的Hampstead有一座100英尺高的锅炉烟囱，由于年代久远和气候侵蚀，产生了许多竖向裂缝，砖柱也不稳定，石雕也松动了。
    解决办法：该工程由英国TRAC公司负责施工，施工时采用沿绳滑下法施工，在烟囱四周的砖墙灰缝中自上而下每隔12块砖埋入一对HeliBar不锈钢棒，同时进行裂缝修补和灰缝的重新勾嵌，这次修复恢复了结构的稳定性，并且对结构原有构造的扰动最小化。如图5所示。

    图5 Hampstead某烟囱加固修复

        问题2：在英国Seaham的道尔顿泵站是一座二级保护建筑，由于机器严重的振动，已经导致了山墙端部的分离和主体结构的开裂，部分地方裂缝宽度达到厘米宽。因此迫切需要对结构采用无破损方案进行修复。
    解决办法：Helibeam系统是英国遗产协会推荐的中意和划算的修复方案。为了稳定和加固结构，将HeliBar不锈钢棒埋入沿主体结构四周不同高度处的砖墙灰缝中，该结构有20m高，底部墙体厚度达900mm，这样就在砖墙内部建立了能够承重的梁。对砖墙的裂缝修补采用了可弯角的10mm直径的Cemties进行。如图6所示。

     

    图6 Seaham的道尔顿泵站加固修复

        问题3：在英国Chelmsford有一座铁路高架桥，由于年代久远、气候侵蚀及每天330辆火车的加速减速等因素影响，在砖拱部位出现了严重的裂缝，部分砖砌体出现了分化，部分灰缝也失效了。
    解决办法：该工程由英国AC公司负责施工，为修补裂缝、加固砖砌体及重分布结构荷载，大约将4000m长的HeliBar不锈钢棒埋入16个9.5m跨的砖拱中；为确保结构安全，在桥墩和个别砖拱处安装了大约3500个Cemties，对有缺陷的灰缝进行了重新勾嵌。如图7所示。

    图7 Chelmsford某铁路高架桥加固修复

    4、结语
        Helifix无应力砖混加固修复系统是一种新型的砖混结构加固修复系统，它可对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行加固修复，为其提供迅速、灵活、经济的加固修复技术。该技术在英国已经被广泛地应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型砖混结构的加固修复工程中了，是被英国遗产协会推荐的技术。通过本文较详细的介绍，希望能将此技术应用于国内同类砖混结构的加固修复工程中。
     
    参考文献
    1. Helifix Stress Free Structural Solutions. Helifix Group Holdings Ltd. 2001
    2. 曹双寅,邱洪兴. 结构可靠性鉴定与加固技术. 北京. 中国水利水电出版社. 2001
    3. 混凝土结构加固技术规范. 北京. 中国计划出版社. 1992
    4. 建筑抗震加固技术规程. 北京. 中国建筑工业出版社. 1998
    5. 曹亚飞. 砖混结构房屋抗震加固设计的几个问题. 辽宁工学院学报. 2002(4)




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南京固强建筑技术有限公司
总监
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技术总监

详细介绍：
    技术总监——李丽平，硕士，在读博士，一级注册结构工程师，高级工程师，南京固强建筑技术有限公司技术总监，建筑设计事业部执行副总，江苏省土木建筑学会工程鉴定与加固委员会委员，拥有丰富的工程设计经验。

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曾参与设计新建工程有厂房、行政办公楼、医院、住宅等等结构设计；加固改造工程主要有房屋整体抗震加固设计、房屋基础切割加固设计、生物发电厂炉排减振加固及ANSYS有限元分析、房屋及轨道纠偏设计、房屋平移设计及房屋增层设计等等。发表论文《复杂钢结构整体旋转迁移关键技术分析》、《既有剪力墙增设大洞口非线性有限元分析》、《关于深埋框架柱加固的一种新方法》、《浅析混凝土结构加固改造设计的几个问题》，该论文被评为江苏省土木工程结构安全与防灾交流会三等奖。

    重视技术创新，专利3项：《加层柱脚节点构造》、《平移建筑物轨道铺设结构》、《预制楼板抗震结构加固》。参与设计南京林业大学张齐生院士、东南大学吕志涛院士设计的竹结构抗震安居房示范工程，教育部博士点基金项目（20103204120007），江苏省自然科学基金项目（BK2009483）。2014年主创的《固强加固计算器》软件，被业内外人士赞誉为加固改造应用领域的革命性创新。


 

 



既有剪力墙增设大洞口非线性有限元分析
李丽平 
（南京固强建筑技术有限公司  江苏 南京210005）

摘要：人们在对既有建筑物进行改造过程中经常会遇到在既有剪力墙上增设门窗洞口的情况。既有剪力墙开洞后，在外荷载作用下，内力将会重新分布。本文利用非线性有限元的分析方法对这种开大洞口的剪力墙进行简化模拟，对剪力墙的受力性能进行分析，讨论了这种既有剪力墙的开裂和破坏形态，希望对今后类似工程的加固设计能有参考作用。
关键词：既有剪力墙   内力重分布  非线性有限元分析
The Existing Shear Wall with Big Hole is Stuided 
by Noliner Finite Element Anlysis 
               LiliPing  
( Nan Jing Gu Qiang Construction Technology Co., Ltd  Jiang Su  Nan Jing)

Abstract: People often encounter shear wall in both windows and doors of the mouth of the cave in the reform process of adjacent buildings. The internal forces of shear wall with opening hole will have to distribution under outer loads. This paper, the shear wall with opening big hole is simply simulated and analyzed by nonlinear finite element method. This article mainly discussed the mechanical performance and it’s crack and damage form. Hoped will be able to have the reference function to the next similar project reinforcement design.

Keywords: existing shear wall; redistribution of internal force; nonlinear finite element
前言   
    由于这种既有剪力墙的设置给业主的使用带来不便，需要增设门窗洞口，开洞后能够更好地满足业主的使用的要求，因此近年来被越来越多地应用于住宅建筑及商业建筑的改造工程中。但既有剪力墙开洞后导致墙体的内力重新分布，其受力性能也较为复杂。
开洞后剪力墙的抗震性能较差，国家相关规范和规程中对剪力墙的开洞进行了较严格的规定，因此剪力墙在开洞前需要论证分析是否可行，若可行，应该对其进行相应的加固处理。本文对这种开洞后的剪力墙进行计算和分析是为了在实际工程中，当不可避免需要改造时，能够对其合理加固设计提供参考。本文通过对这种既有剪力墙的非线性有限元分析，给出了相应的结论。
一、开洞后剪力墙的有限元模型建立及类型判别
    在进行短肢剪力墙的受力分析之前，首先要能了解开洞后剪力墙的类型才能合理地进行计算分析。开洞后，原剪力墙会出现新的连梁，由于连梁和墙肢是共同工作的，我们可以根据考虑轴向变形的整体参数α来划分剪力墙：

                                                  

（1－1）

式中 H —— 建筑物的总高度；
     D —— 连梁的刚度系数；
     h —— 层高；
     T —— 轴向变形影响参数；
  —— 各墙肢的刚度。
式（1－1）中的α值实际上是反映了连梁与墙肢刚度之间的比例关系。如果剪力墙的洞口很大，连梁的刚度很小，墙肢的刚度又相对较小，也就是α的值较小。此时连梁的约束作用很弱，两墙肢的联系很差。在地震力作用下，双肢墙转化为由连梁铰接的两段悬臂墙，这时墙肢轴力为零，地震所产生的弯矩由两段独立的悬臂墙直接分担。如果剪力墙的洞口很大，连梁的刚度也很大，墙肢的刚度又相对较小，则α的值较大。此时连梁的约束作用很强，墙的整体性很好，双肢墙转化为整体悬臂墙，墙肢中的轴力抵抗地震作用产生的弯矩的大部分，因此墙肢中的弯矩较小。当α的值介于上述两种情况之间时，独立悬臂墙与整体悬臂墙二者都在起作用，此时，墙肢截面上的实际正应力由两部分组成，一部分是作为整体悬臂墙作用产生的正应力，另一部分是作为独立悬臂墙作用产生的正应力。
本文选用的模型是某工程中业主需要在一至八层同样位置处得剪力墙新增设洞口，洞口尺寸为1500mmX2200mm，由于新增设洞口较大，根据上面的判别方法，原有剪力墙变成双肢剪力墙。本文采用非线性有限元建立模型进行分析。模型荷载采用倒三角形荷载模式，该建筑物总高度约为25m，因此该片剪力墙总高度亦25m，其截面尺寸如图一所示。

图一  既有剪力墙开洞截面示意图（单位：mm）

本模型中既有剪力墙选取的单元为SOLID65，文在荷载作用处增设矩形钢板，矩形钢板选用的单元为SOLID45。为了在弹塑性分析时综合考虑上述因素，建立本构关系时，应同时考虑以下三个基本要求：
（1）假定一个符合材料特性的屈服准则；
（2）建立合适的塑性变形流动法则；
（3）建立与材料变形特征相应的硬化和软化定律；
    除此之外，还应从三个方面加以探讨：混凝土的特性、钢筋的特性以及钢筋与混凝土之间的粘结和滑移现象。
综合考虑后本文混凝土的本构关系采用的是《混凝土结构设计规范》规定的本构关系，钢筋的本构关系采用的是理想弹塑性模型。有限元建模的过程中采用体直接建模法，在划分网格时，先对线划分网格然后在对体的网格进行划分，单元的大小为100mm×100mm×100mm。如图二所示。
二、既有剪力墙非线性有限元的分析过程
    本文按照受力简图来模拟既有剪力墙的受力情况，在施加荷载时考虑到荷载直接作用在混凝土单元上会导致应力集中，使得局部混凝土的崩溃导致结构的整体提前破坏而不能进行准确地分析。解决这种的问题有两种方法，一是在力的作用点处将网格划分的更细；二是在模型的集中力作用点处添加钢板。考虑到本文所选的无翼缘短肢剪力墙的模型比较规则，不便在局部将网格细分。因此，在模型的集中力的作用点处添加一矩形的钢板，其截面尺寸为200mm×100mm×600mm。这样外力作用在钢板上，通过单元力的传递而传给混凝土单元，防止集中力直接作用在混凝土上所产生的应力集中的现象。同时，增加的钢板也可以加速收敛。

 图二 既有剪力墙开洞后的有限元网格划分图

三、 既有剪力墙的非线性有限元的分析结果
    通过对对有限元模型在倒三角形荷载的作用下结构受力情形的模拟，在ANSYS的非线性有限元分析之后，可以得出剪应力云图、首裂缝以及破坏裂缝分布形态图。
从剪应力云图（图三）中可以看出：对于每层来说连梁的剪应力要大于墙肢剪应力，整个结构模型中的最大剪应力值出现在第三层的连梁端部，并不是在底层，墙肢的最大剪应力也不是出现在底层。因此在加固过程中要注意中间层墙体及新增连梁的加固。

             图三  双肢短肢剪力墙模型的剪应力云图

    本文还给出了该片剪力墙在外力作用下的首裂缝及破坏裂缝分布形态图，双肢短肢剪力墙结构在倒三角形荷载作用下的首裂缝和破坏裂缝的分布图，从图中可以发现整个结构在水平荷载作用下，首先在右墙肢的底部发生开裂。与右墙肢相联系的连梁一端发生开裂，其裂缝是从底部向上发展的，而与左墙肢相联系的连梁的上侧开始开裂不断向下发展。随着荷载的增加，连梁的裂缝不断增大，此时，左墙肢处于受压状态，墙肢的底部也开始出现水平裂缝，而右墙肢则处于受拉状态。荷载的继续增加，左墙肢的水平裂缝不断向上延伸，连梁开始屈服。同时，左墙肢的第一条裂缝继续向墙肢内部延伸；右墙肢裂缝发展迅速。再加大荷载时，连梁也开始出现裂缝并向右墙肢发展，所有的裂缝不断的变宽、变长，形成贯通的裂缝，连梁首先破坏，使得墙肢丧失约束而形成两片单独的墙肢，从而导致了整体结构发生破坏。

               图四 既有剪力墙开洞后的首裂缝及破坏裂缝分布形态图

四、结束语
    房屋改造过程中，在既有剪力墙上开洞是常见的。如果仅按照现有的规范做法很难达到协同工作的目的。希望通过本文对这类墙体的受力分析能够对类似墙体的加固设计有帮助。在进行开洞后墙体加固应尽量采用混凝土进行加固设计，同时更要注意因开洞而形成的连梁的加固。
参考文献：
['1']包世华 方鄂华；《高层建筑结构设计》（第二版）['M']；清华大学出版社，2001；
['2']《混凝土结构设计规范》['M']，中国建筑工业出版社，2002；
['3'] 容柏生，高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构['J'],建筑结构；1997；
['4'] 张晋、吕志涛，短肢剪力墙—筒体结构模型结构振动台实验研究['J']，东南大学学报，2001；                       
['5'] 刘伟，王娱，朱蕴东，双肢短肢剪力墙结构抗震性能实验研究['J']，世界地震工程，2004，6；




复杂钢结构整体旋转迁移关键技术分析

李丽平 

 （南京固强建筑技术有限公司  江苏 南京210005）

摘要：本文结合钢结构布袋除尘车间的整体旋转迁移工程实例，分析指出了建筑物在水平旋转迁移过程中的关键技术难题，并提出了合理的解决方案，给出了上托架设计、旋转轨道和荷载中心确定以及柱脚托换节点设计的方法，为今后类似工程提供参考。
关键词:建筑物整体旋转迁移技术；钢结构；柱下托换；迁移路线；旋转中心；
The Key Technology of Complex Steel Structures in Integral Rotation and Translation
                  Li Liping 
       ( Nan Jing Gu Qiang Construction Technology Co., Ltd  Jiang Su  Nan Jing)
Abstract: It is indicated that the key technology problems of buildings in rotation and translation, combined the steel bag dust workshop project. To these problems, it has proposed the rational solutions. Base on the bracket design method, rotating orbit and load center determined, column foot underpinning node design method given, it provided some advices and suggestions for similar projects in the future.
Keywords: building integral rotating-moving technique;  steel structure;
column underpinning node;  rotating-moving path; rotating cente
引 言
    近年来随着大规模的城市建设和城市改造，中国的建筑物平移技术发展迅速、日臻成熟，并且独创新技术，已经达到世界领先水平。通过大量的工程实例分析表明，建筑物平移技术具有显著的社会效益和经济效益；建筑物整体平移造价大约为新建同类建筑的30%~60%，平移施工工期约为重建同类建筑物的1/4~1/3；同时可保护环境避免产生大量的建筑垃圾；对生产和生活影响较小，二层以上的使用功能基本上不受影响；有利于城市整体规划。本文结合具体工程实例分析了建筑物整体平移旋转的关键技术节点。
 
1、工程概况
    因东北特钢厂整体改造要求，布袋除尘器车间需要进行迁移旋转。该车间建于2009年，三层钢框架结构，主体总高度17.65m，层高为3.75m、6.8m、7.15m，柱下独立基础，纵向总长度为41.6m，横向总长度为9.8m，柱网为5.2mx4.9m，车间端跨设有柱间支撑，多处设有钢平台、钢爬梯，结构竖向刚度分布不均匀，整体性较差。车间包含设备总重为650吨，在移位过程中，上述设备不拆卸。本工程场边移动距离约62m，且在水平移位的过程中需旋转21.1o，与单向平移相比，整体平移旋转技术设计及施工难度均加大。此外，本工程钢结构体系柔，旋转过程中容易失稳，更增加了设计施工难度。           

 

图1 布袋除尘器车间剖面图

 
2、上托架设计
    经过多次现场查看，对除尘车间整体进行质量检测后，发现该钢结构厂房整体性较好，连接节点可靠，考虑该车间整体重量分布不均，竖向刚度存在上大下小现象，且平移路线较长，同时旋转21.1°。为保证上托架结构具有足够的刚度和稳定性，既能有效地传递牵引力，又能适应各个上轨道节点可能产生的不均匀位移，设计时将上轨道结构彼此连接，增设水平支撑，设计成水平向的桁架体系（详见上托架平面图）。托架平面内，内力仍按照平面桁架简图进行计算，平面外内力根据托架在竖向荷载和水平荷载共同作用下的内力情况，托架梁内力按照偏心受压、偏心受拉和弯剪扭构件进行正截面和斜截面承载力验算。
 

图2上托架平面图

 
3、确定旋转轨道及荷载传力点
    旋转轨道的定位及设计是本工程的重要技术难题，首先应确定旋转中心，布置弧形轨道及托架梁，在旋转过程中，托架和轨道梁承受的牵引力与其本身的中心线不一致，产生扭矩作用，同时在旋转过程中滚轴需要不断调整，施工难度加大。因本工程地质情况较好，下轨道选用钢梁及枕木组合方式作为下轨道托架，考虑到本工程平移距离相对较大，选用直接旋转到位，该旋转迁移路线较简单，工期短，成本较低，但施工同步控制较困难。
    所谓直接旋转到位的方法是指在建筑物原位置平面图上任意选取两点，在新位置上找其相对应的两点，将新旧位置上对应的两点连线，作两条线段的垂直平分线，两条垂直平分线的交点即为旋转中心，旋转中心确定后，再根据新旧位置对应平面上的点做弧线，该弧线段即为旋转轨道的轴线，轨道轴线为一组以旋转中心为圆心的同心圆弧（如图3所示）。轨道轴线与与钢柱的交点即可设为荷载传力点，迁移时荷载传力点位置必须设置滚轴。

图3 旋转轨道示意图

 
4、钢柱节点托换
    本工程另一关键技术为钢柱柱脚节点的托换，由于原结构及设备均不能卸载，在托换过程中要保证结构整体的安全稳定。柱下托换方式有包裹式托换和单梁式托换，本工程不完全采用包裹式托换节点的做法，包裹式托换节点在原有柱的四边均设置托换梁，将建筑物平移方向的外包梁适当延长形成四边包裹的做法。而本工程仅在平移方向设置钢梁，另一方向采用对拉螺栓，再用混凝土将原有钢柱及新增钢梁在柱脚处灌实，形成包裹式柱脚节点（如图4所示）。柱下托换梁伸出柱外长度，在确保托换梁和下轨道梁在滚轴或顶升点的作用下局部抗压承载力能够满足的前提下，不宜外伸太长，否则托换梁柱根部的弯矩和剪力会增大，变形也随之增大。

图4 钢柱托换节点大样图

 
结束语
    与单方向平移相比，水平旋转迁移的施工难度大。水平旋转迁移需要准确地设计轨道，合理布置滚轴，同步控制严格，要实时监测，因此要求在迁移过程平移速度不宜过快。在设计、施工及监测方的协同配合下，该车间平移就位后，经全面检测结构完好。目前已投入生产。
 
 
 
参考文献
['1'] 混凝土结构加固设计规范（GB50367-2006）,中国建筑工业出版社，2006-11-01.
['2']吴二军，李爱群. 建筑物水平旋转迁移技术及其工程应用，建筑技术，2008.9.
[3 ]曹双寅，邱洪兴，王恒华. 结构可靠性鉴定与加固技术.北京：中国水利水电出版社，2001.
['4']阮蔚文，阮涟，阮毅.旧房改造中的房屋整体平移旋转工程实例.建筑技术，1994（8）.
['5']陈绍蕃，钢结构稳定设计指南，北京，中国建筑工业出版社，1996.





一种新型砖混结构加固修复系统的介绍
李丽平

（南京固强建筑技术有限公司）

摘要：介绍了一种新型的砖混结构的加固修复系统，对其功能、工程应用方面做了较详细的阐述，可供同类砖混结构加固修复时参考使用。
关键词：砖混结构 无应力 加固修复

Introduction of A New Masonry Structure Reinforcement and Repair System

 Li Liping 
(Nanjing Guqiang Construction Technology Co.Ltd)
Abstract: A new masonry structure reinforcement and repair system is introduced, the aspects of its performances and engineering applications are discussed in detail. These can be referenced for similar masonry structure reinforcement and repair.
Key words: Masonry Structure; Stress Free; Reinforcement and Repair
1、前言
    对在用的砖混结构进行可靠性鉴定，认为其承载力或抗震性能不满足现行国家设计规范要求，或进行增层设计时，常常需要对原砖混结构进行加固补强，以满足安全要求。承载力不满足要求时，传统的加固方法包括：增大截面法、组合砌体加固法、FRP加固法、外包钢加固法、锚杆静压桩加固法等。增大截面法和组合砌体加固法占用使用面积较多，影响使用功能，常受到建筑上的限制；外包钢加固法和FRP加固法则两端的锚固要求较高；锚杆静压桩加固法适用于地基加固或托换处理。本文介绍的是一种新型的砖混结构加固系统：Helifix无应力砖混加固修复系统。无应力砖混加固修复技术能针对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行修复，为砖混结构提供迅速、灵活、经济的修复技术。Helifix系统可提供砖混结构无应力的水平平缝加固，裂缝修补，多种连接技术，包括新旧墙体的无应力连接技术、不同材料在不同位置的无应力连接技术等。Helifix系统的产品已成功应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型的砖混结构中，可为砖混结构加固修复和新旧墙体的连接提供经济和无破损的方案。
2、功能介绍
    Helifix加固修复系统产品主要包括：修复墙体用的钢棒：Helibar（奥氏体不锈钢304级和316级），有4、5、6、8mm四种直径；修复墙体用的连接件：BowTie（8mm）、CemTie(8mm和10mm)、RetroTie(6mm和8mm)、DryFix(8mm和10mm)、CemenTie(6mm)、ResiTie(6mm)；修复墙体用的粘结剂和工具：TE裂缝粘结剂、Helibond水泥浆、PolyPlus树脂；金属探测器、内窥镜、Helibond工具、PolyPlus工具；新建墙体的连接件：TimTie、TurboTie、MorTie、StarTie；不同材料的连接件：InSkew固定件、TurboFast多功能固定件、Terra Cotta Tie陶土连接件、Helibar Staple；墙体的抗震连接器：专门的Helifix Seismic Connector。
2.1砖混结构建筑物无应力加固修复技术
    Helifix系统可为砖混结构提供无应力的水平平缝加固，将螺旋状不锈钢棒Helibar埋入砖混结构从而在内部建立可承受荷载的梁，与Helifix其余的连接件和固定件的结合使用，可实现横向和竖向的抑制使整个结构形成整体，为大部分砖混结构提供全面、无破损和经济的加固修复技术。Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的主要功能如下：重新连接纵横墙; 托梁与砖墙的连接; 修复断裂的砖墙; 重新连接内外墙;修复砖拱过梁; 修复转角和洞口处的裂缝; 托梁侧面与砖墙连接; 新建砖梁; 裂缝修补; 修复或新建过梁;空心墙连接; 屋顶托梁与砖墙连接;如图1所示。
    Helifix系统也可用于砖混结构的上部托换，将混凝土垫块放在结构的转角处或指定的位置处，Helifix系统就可以在砖石结构中建立多道支撑梁，这样就能在垫块间形成明显的跨度来重分布荷载，这样可使总体的托换成本相应减少。
    Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的施工过程：
    在加固修复方案定好之后，Helifix系统的施工是非常快捷的。在结构砂浆层按照预定的深度和尺寸切割出狭槽，将相同长度的奥氏体不锈钢HeliBar棒使用HeliBond水泥浆埋入，形成加固的砖混梁，这些不锈钢棒可以弯曲以适应拐角。我们通常用的粘结剂是HeliBond水泥浆，但在要求强度迅速达到标准，例如在过梁修复的情况下，则可使用PolyPlus树脂。对很长的墙体，可采用搭接的长不锈钢棒进行加固。施工结束后建筑物几乎看不出修复痕迹，在施工过程中建筑物的主人也不用搬出来。

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图1 砖混结构建筑物无应力加固修复技术

 
 
 
 
 

   图2砖混结构桥梁、隧道无应力加固修复技术

2.2 砖混结构桥梁、隧道无应力加固修复技术
    砖混结构桥梁由于年代久远、气候侵蚀和荷载引起的应力增加导致出现各种各样的问题。许多桥梁使用已经超过100年，因此出现了许多问题，包括砌砖碎裂、拱腹开裂和砖拱断裂等。公路、铁路隧道也遇到同样的问题，由于渗水、振动、因地基变动和新增静荷载引起的荷载变化导致。另外，许多列入保护的结构要求进行合理的、无破损的修复，使结构的外观不受影响。
传统的修复方式，例如喷射混凝土、浇筑混凝土衬砌或拆除重建都耗时昂贵，且影响正常使用，如铁路和公路的运营。Helifix系统已发展成熟，它可以增加桥梁或隧道的承载力，解决所有常见的问题，实验证明经过加固后结构承载力可达加固前的两倍以上['1']。
    Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的主要功能如下：拱腹建梁及连接; 桥墩裂缝修补; 桥墩与压顶石的连接; 建梁与连接; 拱肩的连接; 碎砖的连接; 砖拱断裂的连接；如图2所示。
 通过Helifix系统的加固修复，可成功地解决砖混结构失效的问题，包括拱肩侧移、砖拱断裂、砖石分层、砖拱和拱腹膨胀、桥墩和翼墙开裂、砖石松动和开裂、压顶石松动以及隧道内层失效等问题，修复过程中不产生额外应力，对结构不造成损伤。
    Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的施工过程：
    加固修复方案定好之后，将Helibar钢棒用HeliBond水泥浆埋入拱腹和拱肩预先切割好的狭槽内，根据实际要求决定数量。与CemTie连接件或DryFix连接件组合使用，可为砖混桥梁和隧道的失效或承载力不足提供多种可靠的加固修复方案。
    裂缝修补是将Helibar钢棒穿过裂缝用用HeliBond水泥浆或PloyPlus树脂埋入狭槽内，这样可在紧固砖混结构的同时将荷载重分布，防止裂缝再产生。
2.3砖混结构抗震新技术
    为了满足砖混结构现在的抗震要求或修复升级现有结构，表面连续加固的方法越来越被常用。Helifix系统提出了一种新的抗震加固技术，将抗震连接器（Seismic Connector）与砂浆层内的DryFix连接件相固定，不锈铁丝穿过抗震连接器用Helibond水泥浆埋入预先切割好的灰缝中，这样就形成了灰缝和砖混之间的机械连接，如图3所示。
    Helifix系统对于砖混结构抗震加固的施工过程：
    在砖混结构表面，选择8mm直径的DryFix连接件安装位置，最好选在平缝与竖缝的交叉点处，这样可尽量减小对结构的破损；钻定位孔，外部扩大孔直径至11mm以容纳抗震连接器；在砂浆层切槽，建议采用金刚钻切割机和真空吸尘器，确认没有砂浆和灰尘留在槽内，然后用清水敷湿；安装DryFix连接件，然后将抗震连接器与其完全结合，且孔保持水平；将铁丝穿过相邻的抗震连接器，用Helibond水泥浆灌入抗震连接器中，将Helibond水泥浆灌入槽内，确保铁丝被完全植入。

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图3砖混结构抗震新技术

2.4 无应力连接技术
2.4.1新建墙体的无应力连接技术
    StarTie采用特殊的螺旋式不锈钢设计，是一种创新的墙体连接件，它可提供新旧墙体的无应力连接技术，无论是增加内外墙、新砌十字墙、拆除破损墙和恢复及延伸旧墙均有效，适用于所有常用的建筑材料。
StarTie连接技术的施工过程：
    在新建墙体时，如果现有的墙体采用的是轻集料砖，StarTie连接件可直接钻入现有墙体中，而另一端留在新建墙体的砂浆层内。如果现有墙体采用的是实心砖或混凝土，则必须先在现有墙体上钻一个6mm的定位孔，然后将StarTie连接件安装进去，另一端留在新建墙体的砂浆层内。
2.4.2 多种材料的无应力连接技术
    Turbofast多功能固定件可以将木材固定到砖混结构和混凝土结构的不同位置上。它通常可用于壁脚板、护墙板、相框、门框、窗框、橱柜压条、石膏板压条、干挂面砖和天花板等的固定；InSkew可用于砖混结构屋顶压条的固定，安装时依次穿过屋面压条、保温层直至深入椽子35mm。许多使用陶土的建筑使用已经超过100年了，因为年代久远、气候侵蚀和应力的原因已导致了开裂，固定这些松动或开裂且易碎的陶土要求相当精细的修复技术，DryFix固定件即是针对此要求的专利产品。HeliBar6号钢钉是石灰石裂缝修补的一个理想选择；混凝土板会由于收缩、振动、超载、结构变形以及钢筋的锈蚀而导致开裂，我们通常采用的修补方法是在裂缝中注浆以形成牢固的连接，但质量比较难控制，使用HeliBar6号钢钉可以修补混凝土板裂缝，且能有效防止裂缝的再产生。图4所示为多种材料的无应力连接技术。

图4 多种材料的无应力连接技术

3、工程应用
    问题1：在英国的Hampstead有一座100英尺高的锅炉烟囱，由于年代久远和气候侵蚀，产生了许多竖向裂缝，砖柱也不稳定，石雕也松动了。
解决办法：该工程由英国TRAC公司负责施工，施工时采用沿绳滑下法施工，在烟囱四周的砖墙灰缝中自上而下每隔12块砖埋入一对HeliBar不锈钢棒，同时进行裂缝修补和灰缝的重新勾嵌，这次修复恢复了结构的稳定性，并且对结构原有构造的扰动最小化。如图5所示。

图5 Hampstead某烟囱加固修复

    问题2：在英国Seaham的道尔顿泵站是一座二级保护建筑，由于机器严重的振动，已经导致了山墙端部的分离和主体结构的开裂，部分地方裂缝宽度达到厘米宽。因此迫切需要对结构采用无破损方案进行修复。
解决办法：Helibeam系统是英国遗产协会推荐的中意和划算的修复方案。为了稳定和加固结构，将HeliBar不锈钢棒埋入沿主体结构四周不同高度处的砖墙灰缝中，该结构有20m高，底部墙体厚度达900mm，这样就在砖墙内部建立了能够承重的梁。对砖墙的裂缝修补采用了可弯角的10mm直径的Cemties进行。如图6所示。

 

图6 Seaham的道尔顿泵站加固修复

    问题3：在英国Chelmsford有一座铁路高架桥，由于年代久远、气候侵蚀及每天330辆火车的加速减速等因素影响，在砖拱部位出现了严重的裂缝，部分砖砌体出现了分化，部分灰缝也失效了。
解决办法：该工程由英国AC公司负责施工，为修补裂缝、加固砖砌体及重分布结构荷载，大约将4000m长的HeliBar不锈钢棒埋入16个9.5m跨的砖拱中；为确保结构安全，在桥墩和个别砖拱处安装了大约3500个Cemties，对有缺陷的灰缝进行了重新勾嵌。如图7所示。

图7 Chelmsford某铁路高架桥加固修复

4、结语
    Helifix无应力砖混加固修复系统是一种新型的砖混结构加固修复系统，它可对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行加固修复，为其提供迅速、灵活、经济的加固修复技术。该技术在英国已经被广泛地应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型砖混结构的加固修复工程中了，是被英国遗产协会推荐的技术。通过本文较详细的介绍，希望能将此技术应用于国内同类砖混结构的加固修复工程中。
 
参考文献
1. Helifix Stress Free Structural Solutions. Helifix Group Holdings Ltd. 2001
2. 曹双寅,邱洪兴. 结构可靠性鉴定与加固技术. 北京. 中国水利水电出版社. 2001
3. 混凝土结构加固技术规范. 北京. 中国计划出版社. 1992
4. 建筑抗震加固技术规程. 北京. 中国建筑工业出版社. 1998
5. 曹亚飞. 砖混结构房屋抗震加固设计的几个问题. 辽宁工学院学报. 2002(4)




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