比萨斜塔倾斜的原因以及治理措施.doc

比萨斜塔倾斜的原因以及治理措施夏培炎 建工一班 1501160226 关于倾斜的原因 根据文章中写到的，原因是“不管多么牢固的结构，当它一旦达到了某一临界值，很小的扰动都可引发不稳定倾斜，不稳定性倾斜不是因为地面力量的缺乏，而是得不到足够的刚度，软地基上新建的砖塔建筑将会很容易出现这一现象”。它仅仅是一种毫无意义的借口，我利用超过20辆坦克来做实验，发现倾斜于值具有密切的联系，是坦克基础下的沉降与作用面积的比值当。0.25时，没有发生倾斜；当0.25时，发生倾斜，这时，倾斜随着的值增加而增加；因此=0.25是临界值，表2中所写第一阶段沉降量是37.05cm,当=0.13时，沉降就要比=0.25时小多了，此时塔是直的，第二阶段。=0.5时，临界值的两倍大，这时，塔就不是单一方向的倾斜了，先向北，而后偏向南倾斜同时又都发生了沉降，形成了一种恶性循环，配重的目的就是结束这种循环。在塔的底部周围，土层有A,B1,B2，B3，B4和C，A是一种带有粘性的土黄色淤泥，B1是粘土，旋转的土层同样是以变形为主，委员会的专家们普遍认为B1之前是黏土层，然后把它与A分开分层是在1997年，如下所述“基础的运动形式说明了一个非常重要的结论，那就是在过去塔的持续长期旋转是位于地平线A而不是位于黏土层，根据基础的运动形式他不是严格的定义层，根据我的计算结果，如今的土层在表3中。土层百分比南边中间北边A48.752.040.1B145.843.451.2B21.81.62.6B31.10.91.6B42.52.04.2C0.10.10.3100100100表3不同土层的百分比计算配重的理论依据和工程实践 防止比萨斜塔的持续倾斜的关键就在于控制它的沉降及不定性偏移，但是到目前为止委员会还没有得到任何相关的数据，因为没有可靠的参数可用来说明土的非线性变形特征，我发现了一个充满科学和技术的被称为弦线模量的参数，在一个能住1000人的建筑物内进行测试，均满足且符合实际进行的调查结果。根据1969年使用和弦模量的实例，利用同样的配重技术来解决一个倾斜的烟囱的问题。 烟囱和比萨斜塔有一些共同的特征或相似的地方，如下: 相同的高度：55米； 同样的浅基础（埋深在：2.57米和3.36米）； 结构采用的是砌筑砖或条石砌筑而成的； 在初期建设时，这两个结构都开始倾斜，然后在后期建设中采用措施来组织这个问题的继续发展，但是最终还是变成了跟香蕉一样的形状； 在石头和砖面上均存在应力集中现象。但是他们之间也同样存在不同之处，如下： 他们的总重量分别为8.84MN和144.5MN； 他们的基底压力分别为133.kpa和497kpa； 他们的基础面积分别为66.18m2和285m2; 他们的塔顶的倾斜台长度分别为526.6cm和93.4cm。 根据弦线模量的计算，在烟囱上加上1.51MN的重量后，他回到了垂直的状态，荷载均堆积在烟囱的将近1/3周长范围内。通过加强混凝土的强度；加强基础的承载力；在重要结构部位加入钢绞线；加入一根拉力缆绳和两根安全缆绳来增强配重的效果。 综上所述，我认为纠正比萨斜塔的可能性很低，甚至没有。但是要防止其继续倾斜还是可以做到的，这也是我的主要观点，因此，我提出的关于配重的建议以及其他发难都得到了OPA的答复，与此同时，那些建议在1981年出版在一篇文章中。 曾国玺教授曾在1992年参观了比萨斜塔且用中文写了两篇关于它的文章之后，他就把原件寄给了我。根据文中提到的数据，我计算了一下基底压力，在1993-1994两年间，向南倾斜级沉降具有多样性变化. 表1 基础底部的压力计算值加载阶段年份及其他条件重量（兆牛）时刻（兆牛米）计算压力值南边中间北边10.33Nmax47.690157.3157.3157.320.65Nmax93.94-319.6319.6319.63117894.80-322.6322.6322.641278137.285.51471.7471.7467.051285137.2859.88471.7497.0421.161360-1370144.5397.70497.0497.0414.571550144.53284.72497.0497.0256.581758144.53293.54497.0497.0249.191817144.53310.16497.0497.0235.0101911144.53318.98497.0497.0227.5111990144.53332.56497.0497.0216.112+7MN151.53286.73763.9521.7279.513+10MN154.53263.82755.0532.2309.414+13MN157.53240.90746.2542.7339.2重量包括1MN的混凝土环；此处的数值是文章中的1./10,文中的数据是错误，后来M.Jamiolkowski看完我的信后自己修改了。 表2向南倾斜的计算值与实际值的比较加载阶段年份及其他条件沉降计算值/cm倾斜计算值（角度）实际倾斜值/角度南边北边1993-199420071993-1994200710.3337.0537.0537.0500000000000000020.65141.92141.92141.920000000000-31178146.88143.88143.880000000000-41278241.12237.49237.4900622006220061151285259.01219.01219.0110952109521064461360-1370287.18222.72222.7215308153471363971550347.73156.7818053412453474410781758350.57152.8918054554458444495091817355.98144.81180609205080950611101911358.86140.21180622195131051446111990363.16132.4718064310520395280912+7MN363.46173.961815314151926-13+10MN362.47189.141815033251742-14+13MN361.54203.951814360651605- 在1993年11月24日我邮寄了多达10页的计算数据给M.JAMIOLKOWSKI，他在12月30日回寄了一封信给我，在这封信中，他强调了有关“假如600吨的配重对比萨斜塔的影响，600吨的定义在信件中都标注有，因此，除了上述计算，我还计算了配重为900吨和1200吨的结果，这些数据后来发表在其他论文中，并且也同样邮寄给他了，这些数据在1995和1997年分别发表在两篇不用的论文里，在这些数据中，我着重强调了600吨的重量太小，为防止倾斜的继续发展，我觉得应把配重增加到900-1200吨。数据表2中的数据的规律，通过Burland发现存在以下几点：关于北边基础的上翘和配重的机制，在表2中有两种不同的计算结果，分别是在1997年和2007年计算的。前者是根据表1中的数据在1993-1994年间的数据进行的计算，而后者是在当前计算的，关于这两种倾斜，存在两种不同的计算方案，在1993-1994年间的计算首先进行了分析。根据塔台的历史，他先向北倾斜，在1272年达到了最大的倾斜，而后又转为向南倾斜，北边压力在1278年达到了顶峰，计算与实测的倾斜角度差别为11，说明理论计算真实地反映了实际测量的结果，在1278年之后，北边的压力和倾斜都减弱了，这个说明了北边的基础升高了，在1285年上升了18.28cm，再到1370年又上升了14.77cm，倾斜的理论计算与实测之间虽然存在差异，但仍然很接近了。在这个阶段，他体现了这个方法符合实际情况，在这个阶段之后，倾斜值得变化一个接一个地增加，在1990达到了11501，这个就不能反映实际情况了，更不能与配重6.0MN下倾斜达到的11129相比，这种情况是绝不可能发生的，但是在1278年之后再也没有上升，那么237.49cm沉降的计算值远小于测量值，因此，它能上升时一个事实，但是数量上不同于1993-1994年的计算且还是有限的，1993-1994年的计算中没有考虑到限制因素，因为有其他的原因，如下：首先，强调了上升；其次，倾斜发生的原因和配重机制下的持续倾斜比利用可能发生最大倾斜值更加明显。如今让我来分析2007年的计算值，这个倾斜是在考虑了南边的前提下计算得来的，而且他们之间的相关系数达到0.99。这说明，前者只是产生于后者，也就是说，北部的沉降即北面上升的特定性常数，被命名为实际增长的极限，为了研究这一极限，参考了以下文献内容： 在1838年，建筑师 Allessandro della Gherardesea在塔底开挖，其目的是为了揭示纪念碑陷入了土里的平均沉降值在2.5m-3.0m因此，北边的沉降是2m左右，而南边在4m左右，综上所述，上升的极限值是180cm,两边的沉降同样都比最近年里的平均值小。 在表2中，倾斜的计算及实测结果从1278年至1990年都很接近。通过对配重为600吨的计算，最终所得结果：沉降增加1cm，计算值就是113根据资料显示测量值是，在1994年7月底，它已经上升至48，理论与实测接近了。 自从1278年以来，这是它首次改变倾斜方向，在配重900吨时，计算值是143，1200吨时我提出的建议的本意，如果1995年9月没有出现冰冻天气，配重将会直接增加到1200吨，这种情况会更好，关于北面上升的说法，文章提到如下几点： “先前，人们浅浅地相信南面的沉降速度高于北方这一缓慢沉降的现象，但是，观察中发现北面已经稳定上升，根据表2，上升量是57.49cm,这是一个合理的值，如果这个值很大的话，那它一定是发现于1996年以前。 但由于这一发现，文中介绍的机理为：“在北边的基础上应用砌体荷载有可能有利于减少颠覆的发生。”关于北面上升与配重之间的关系，很明显跟以前计算的一样，。虽然都在计算结果之中，但他们之间也没有必然的联系，更不用说决定采取配重方案是在1992年，比发现要早5年。锚栓措施与低压注浆方案的提出 这两种方法分别是在1998年6月16日 和1999年2月11日邮寄给了M.Jamiolkowski。在第一封信中提到的相关问题如下：塔的安全正处在一个严重危险的阶段，原因不仅仅只是不断增加的倾向，还有那可能瞬间崩溃的危险结构。 我认为目前的情况下，前者更加具有危险性，这就在于：塔是由所谓的加密砌体建成，这种结构在中国古代建筑中已经被广泛地采用过，1994年4月18日在我信中附带的一张保本塔的照片就属于这一类的，在中国，这种塔的加固措施都是采用锚栓的，我提出建议，比萨斜塔应该结合地脚螺栓与低压注浆会产生更好的效果。 第二封信中提到的相关问题如下： 我希望我在1998年6月16日寄的信已经被收到了，但是不知道出于什么样的原因，你没有尽快地给我回复，这已经是很久以前的事情了，并且为了方便你参考，我在那封信中附上了这封信的复印件，为确保你能收到信件，我把它寄到了你提供的两个地址去了。 两种措施的实施情况 上面描述了1980-1995年两种挽救斜塔的方案，两种方案的具体实施情况如下： 关于配重措施的：第一个铅锭是在1993年7月14日安装上的，但是配重的数量在委员会不用文件中是不相同的，例如，1997年的资料文件中写到：600吨的配重减少了一分的弧度，重要的是它减少了接近10的倾斜，在1995年的一次失败的尝试中为了控制塔的运动而载荷增加到了900来替代临时承重的地面锚。同时，在1997年4月12日，纽约时报中曾写到：“在比萨斜塔底部周围的地基较高处堆载了900吨的荷载，使得它能够保存下来，这是七个世纪以来最大的成就。但是，另外一份文件中只提到了600吨的配重，原文如下“600吨的铅锭应用到北边一侧使基础取得了暂时的稳定，在这个建筑的漫长历史上首次得到了成果，一个很小的倾角减小值都很让人感到震撼。 在这五年中，委员会最后总成功地干预了并且带着非侵入性及十分尊重国际公认的原则来保护与修复一个世界闻名的纪念碑比萨斜塔。铅锭的应用需要在塔底周围的地面上使用混凝土做垫层，这个临时的措施也被证明是晚清可靠的，在2001年，铅锭和混凝土都被拆除了，没有给原有的大理石地面造成任何的损伤，有关600吨的配重在另一个报道（2007年6月28日）被提到过“比萨斜塔得救了”，矫正工作是在塔的北边挖走了70吨的泥土，使其向北沉降，在开挖前，这座塔被钢缆以600吨的配重锚固住了。然而，这个工作进行到一半的时候，考虑到配重的丑陋可能导致他们偏移以及塔的摇晃，Burland教授表示“在一个晚上的移动，超过了平均一整年的量”。在1995年初次的两个文件中被记载了配重增加到900吨是一个事实，问题的关键是为何在后来的文件中只提到了600吨的配重，难道说是把600吨除去了，而后又从新提出来研究，这也不符合常理。关于地脚螺栓的他表示“无检测最低必要的限制手段都应用到了结构的加固工程中，他唯一涉及到得就是南面的第一和第二顺序，干预的内容包括注浆，着重强调低压；少量的不锈钢筋临界区的限制。为了抵消基础拉伸的有效应力，塔的基座被连接到catino一起”。弦线模量的介绍 比萨斜塔的沉降是采用弦线模量的计算软件并在各土层的物理性质的基础上计算的，其中的三相系统包括固体颗粒、水和空气,这个系统使土的变形特征比晶体材料更加复杂。研究始终围绕着复杂的方面，所以，尽管