【《砖石古塔砌体的加固方法研究的文献综述》4100字】

砖石古塔砌体的加固方法研究的文献综述1.1研究背景我国古塔起源于印度，是随佛教传入而出现的一种建筑形式，在融合中国传统建筑艺术精华的同时，形成了特色鲜明的“中国式”古塔。东汉时期，工匠将木楼阁与印度佛塔结合形成楼阁式方形塔，北魏时期，随着建筑工艺的不断提高及砖产量的增加，砖塔的数量迅速增加，两宋时期，塔的外观逐渐由四边形转变为六边形或八角形，塔的内部也由空筒式转变为回廊式或壁内折上式，明清两代将塔刹由尖锥形改为直筒形[1]。砖石古塔具有防火及抵抗环境作用能力较强的优点，因而成为现存数量最多的古塔，如陕西西安大雁塔、江苏苏州虎丘塔、陕西周至八云塔，见图1-1，作为古代高层建筑的杰出代表，具有极高的科研价值与文物保护价值，是宝贵的文化遗产。（a）大雁塔（b）虎丘塔（c）八云塔图1-1各地的砖石古塔Fig.1-1Masonrypagodasaround由于砖石古塔砌筑材料的脆性特征，其抗弯、抗剪、抗拉强度较低，抗震性能较差，并且砖石古塔高宽比及自重较大，在长期自然灾害及人为破坏下极易出现损伤，如塔顶坍塌、塔身沿中轴线劈裂、塔身倾斜[2]，见图1-2，为避免砖石古塔在地震作用下发生严重破坏甚至倒塌，需在满足文物保护的要求下，对现存砖石古塔进行加固。（a）塔顶坍塌（b）塔身劈裂（c）塔身倾斜图1-2古塔破坏类型Fig.1-2Typesofdamagetoancientpagodas现存砖石古塔大多为筒体结构，在地震作用下各墙肢协同受力形成空间筒体，共同抵抗地震内力，若塔体局部失效，将导致结构整体稳定性降低，失稳破坏的风险亦随之增大。因此，可在各层塔身外围增设刚性约束，其施工简单，方便拆卸，如图1-3所示，其符合文物保护可恢复的要求，在不损害塔体的情况下可有效提高结构的承载力及延性，经常用作古塔的抢救性或临时性加固；对震损严重的古塔，可先在塔身开凿孔洞，然后将钢拉杆埋置入塔身，最后用砖块和砂浆进行封堵，以此实现古塔的永久性加固。通过研究往复荷载下刚性围箍加固古塔后的破坏过程和破坏形态，分析其影响因素及影响规律，并根据加固效果评价该方法的可行性，为砖石古塔的加固修复提供参考。图1-3刚性围箍装置Fig.1-3Rigidhoopdevice1.2砖石古塔砌体的加固方法随着古建筑的修复维护标准及要求的提高，对不满足抗震要求的古建筑，必须采取加固措施，当前针对古旧砖砌体的加固措施主要有：碳纤维布加固法[3]，通过粘结剂将碳纤维布粘贴于砌体结构表面，以此实现在不增加结构自重的情况下提高砌体的抗拉强度和承载力。钢筋网水泥砂浆面层加固法[4]，该法首先在结构表面架设横向及竖向钢筋网，然后通过压力泵向其中灌注水泥砂浆，该法对结构的刚度、延性有较大提高，并可提高砌体的整体稳定性;外包钢加固法[5]，该法首先在结构角部增设型钢，然后用钢拉杆与型钢连接为一个整体，对砌体的外观影响较小；预应力加固法[6]，该法通过在砌体周围增设施加预应力的钢拉杆来实现砌体的加固，可有效减少墙体的外倾量，限制墙体裂缝宽度。增大截面法[7]，该法是通过增设与原结构材料相同的构件对砌体进行加固，通常用于加固窗间墙、砖柱。国内外学者根据已有加固措施的优缺点及适用范围，结合新材料及新技术，在满足修旧如旧及可恢复[8]的要求下，对现存砖石古塔进行加固修复。Indiril[9-10]等为提高SanGiorgio钟塔的抗震能力，将超弹性SMA棒安装到钟塔角部位置，并对其进行动态测试，结果表明，SMA棒既可有效限制结构变形并减小钟塔的动力反应，并又可显著消耗地震能量。王社良[11-13]等通过对古塔模型进行地震响应分析，探讨了SMA拉索对古塔模型的控制效果，结果表明，SMA拉索可显著减小古塔模型的地震响应。张永亮[14-15]等为提高砖石古塔的抗震性能，针对某六面体砖砌古塔的破坏形态，提出钢带围箍为主，裂缝注浆为辅的加固措施，有效提高了古塔的抗剪承载力及整体稳定性。乾勇[16]等以四川省某古塔底层为原型，制作了4个1/8比例的试验模型，并对试件进行拟静力试验，结果表明，钢箍加固后结构的正反向极限承载力均有所提高。袁建力[17-19]等对碳纤维板加固砖塔进行拟静力试验，分析了围箍力作用下塔体、碳纤维应变与水平剪力的变化规律，得出采用板材抗拉强度的60%作为碳纤维板的张拉控制应力对加固效果最好的结论。丘秉达[20]等针对广州市六榕塔的破坏状况，采用化学灌浆法进行裂缝修复，并在塔体外围粘贴碳纤维布进行加固，提高了古塔的整体稳定性。李玉[21]等以某唐代古塔为原型建立有限元模型，并对震损模型进行碳纤维加固，加固后模型的有限元分析结果表明，碳纤维加固可有效提高结构的承载力，减小塔体的顶部位移及结构的底部剪力。栗鹏[22]等运用有限元软件ABAQUS对碳纤维布加固的砖墙进行非线性分析，发现三面围箍可极大提高墙体的开裂荷载，采用十字式粘贴碳纤维布可提高砖墙的极限荷载。林丽伟[23]针对宜宾地区古塔的破坏形态，在塔体内部平台板下增设钢筋混凝土圈梁，并在古塔角部增设三角柱，角柱与圈梁形成一个内框架，提高了古塔的承载力。潘毅[24-26]等在古塔震害调研及震害机制分析的基础上，提出采用高强砂浆提高砌块间的粘接力以提高砖石古塔的抗震能力，并对采用隔震加固后的镇国寺白塔进行动力分析，对比了白塔加固前后的顶点加速度、楼层剪力和层间位移，进行了古塔抗倾覆验算，验证了隔震技术加固古塔的有效性。李宁[27]等为探究隔震加固技术的有效性，以南方某镇国寺塔为原型建立了有限元模型，并在其底部上加入橡胶隔震器，结构加固前后的模态分析表明，橡胶隔振器可有效减小结构的地震反应及底部剪力。由砖石古塔加固案例可得，古塔的修复加固主要是为了提高其承载力及整体稳定性，刚性围箍加固可较好地实现这两点要求，对砖石古塔的修复加固有着良好的应用前景。1.3型钢加固砌体结构的研究现状在型钢加固砌体结构研究方面，Calcerón[28]、彭胜[29]等为探究外包角钢对混凝土柱力学性能的影响，对外包钢加固砖柱进行轴压试验，分析了加固柱的破坏机制与受力性能。刘瑛[30]、吴会芳[31]等为探究外包钢加固后结构的抗震性能，制作了6组外包钢加固混凝土柱，并对其进行拟静力试验，结构表明，外包钢可有效提高结构的强度、延性、耗能能力。卢亦焱等[32]、余勋藩[33-34]通过拟静力试验与数值模拟对外包钢加固砖柱的抗剪性能进行了研究，结果表明，外包钢可有效约束结构的横向变形，提高结构的极限承载力，卢亦焱推算出加固柱的抗剪承载力公式，计算公式可较好的应用于实际工程，为外包钢加固提供参考。Gimenez[35-36]等设计了3组外包钢加固砖柱，并对其进行轴压试验，试验结果表明，外包钢加固法对砌体的延性、极限承载力有显著提高，Calderon根据轴压试验分析了外包钢加固柱的破坏机理，并由此对加固柱的承载力计算公式进行推导，公式计算结果与试验相符。Rosario[37]，Dan[38]等对外包角钢加固砖柱进行抗震试验研究，结果表明，加固装置可对砖柱产生较强的侧向约束，使结构在破坏阶段表现出较好的延性。Moghaddam[39]，Lee[40]等对外包钢加固砌体墙进行低周反复加载试验，并利用有限元软件进行数值计算，结果表明，外包钢可有效提高墙体的抗剪承载力及刚度。Adam[41]、林识栋[42-43]等对外包钢加固柱进行轴压试验，探究了角钢横截面面积、缀板间距及尺寸对加固柱承载力的影响，并用有限元软件建模分析，数值计算结果与设计准则确定的承载力相吻合。欧阳煜[44]等通过轴压试验对外包钢加固砖柱的受力性能和横向应变进行了分析，推算出外包钢加固砖柱极限承载力、横向应变、抗压强度的计算方法，计算结果与试验吻合，可为实际工程提供参考。卓尚木[45]等通过对3组9根外包钢加固砖柱进行轴压试验，对外包钢加固砖柱的受压性能进行了详细探讨，并发现外包钢可延迟砖柱裂缝的出现，提高结构强度。Antonio[46]等为探讨钢片截面尺寸对外包角钢加固柱力学性能的影响，制作了多组不同截面尺寸的加固砖柱，并对其进行轴压试验，结果表明，结构的承载力随截面尺寸的增大呈上升趋势。汪洋[47-48]等通过对未加固与外包钢加固混凝土柱进行试验研究，明确了环箍效应的工作机理，探讨了环顾效应的影响因素，并发现增大角钢厚度可有效提高结构的延性和刚度。由型钢加固砌体结构试验可得，型钢加固对砌体的外形及内部结构影响较小，并可有效提高结构的承载力、延性，将型钢加固应用于砖石古塔的保护中，也符合文物保护“修旧如旧”的要求。参考文献龙燕,杨卫波.解读中国古塔建筑文化元素[J].科协论坛(下半月),2009(09):187-188.潘毅,王超,季晨龙,赵世春.汶川地震中砖石结构古塔的震害调查与分析[J].四川建筑科学研究,2012,38(06):156-159.潘毅,蔡联亨,郭瑞,胡文豪.碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪性能试验研究[J].建筑结构学报,2020,41(04):110-118.蒋济同,饶高栋,周献祥,何生魁.钢筋-砂浆面层交叉条带法加固砌体结构单片墙拟静力试验研究[J].建筑结构,2019,49(05):17-22.陈舜禹,田安国,胡文硕,姚锦文.外包预应力角钢法加固钢筋混凝土柱在工程中的应用[J].江苏海洋大学学报(自然科学版),2020,29(04):94-97.李姝.对钢筋混凝土框架结构加固技术的应用研究[J].现代盐化工,2021,48(02):182-183.王海山.RPC材料增大截面法加固偏心受压柱的受力性能研究[D].重庆交通大学,2019.罗哲文.古建维修和新材料新技术的应用[J].中国文物科学研究,2006(04):55-59.M.Indirli,M.G.Castellano,P.Clemente,etal.Demoapplicationofshapememoryalloydevices:therehabilitationoftheS.GiorgioChurchBellTower[R].ProceedingsofSPIE,2001,4330:262-272.F.M.Mazzolani,A.Mandara.Modemtrendsintheuseofspecialmetalsfortheimprovementofhistoricalandmonumentalstructures[J].EngineeringStructures,2002,22(24):843-856王社良,巨生国,苏三庆.形状记忆合金的动力响应特性及振动控制[J].西安建筑科技大学学报,199931(1):14-17黄襄云,王凤华.安装新型形状记忆合金阻尼器的古塔结构地震反应有限元分析[J].振动与冲击,2012,31(20):38-45.尚枫.四川某砖石古塔隔震加固方法研究[D].西南交通大学,2016.张永亮,汪振新,刘尊稳,赵成江.砖石古塔抗震性能评估方法及抗震加固措施研究[J].世界地震工程,2019,35(02):41-47.呼梦洁,苏俊,李胜才,俞君宝.砖石古塔灌浆与围箍加固的抗震性能研究[J].建筑技术,2017,48(11):1196-1199.乾勇.钢箍加固砖石古塔砌体墙抗震性能试验研究[D].扬州大学，2012.袁建力,刘殿华,李胜才,等.虎丘塔的倾斜控制和加固技术[J].土木工程学报,004(05):4-49.袁建力,陈良,张鹏..预应力碳纤维板围箍加固古砖塔模型试验研究[J].建筑结构学报2016，37(06)：183-189.QuantrillR.J,HollawayL.C.TheflexuralrehabilitationofreinforcedconcretebeamsbytheuseofPrestressed.advancedcompositePlate[J].CompositesScienceandTechnology.1998,58:1259-1275.丘秉达,