論如何提高傳統(tǒng)夯土墻穩(wěn)定性以及加固措施_第1頁(yè)
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論如何提高傳統(tǒng)夯土墻穩(wěn)定性以及加固措施_第3頁(yè)
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1、    論如何提高傳統(tǒng)夯土墻穩(wěn)定性以及加固措施    田鵬摘 要:土制建筑是人類在發(fā)展過(guò)程中最早使用一種建筑材料,然而經(jīng)過(guò)上千年的人類智慧的積累和不同地區(qū)的特色,保留下來(lái)了許多具有文化價(jià)值的建筑遺產(chǎn)。然而由于土制的建筑經(jīng)過(guò)大自然的風(fēng)吹雨淋,個(gè)別地區(qū)又伴隨著地震的發(fā)生,這種建筑的壽命會(huì)嚴(yán)重縮短,所以提高傳統(tǒng)夯土墻的穩(wěn)定性及其加固措施便顯得非常的重要。本文討論的便是提高傳統(tǒng)夯土墻的防水性能和抗震加固方法。關(guān)鍵詞:夯土墻;穩(wěn)定性;加固前言在人類的發(fā)展歷史上,土的使用最早可以達(dá)到公元前6000多年前的新石器時(shí)代,也正是因?yàn)槿祟悓?duì)土的使用,使得人類住處不需要再到處

2、去尋找山洞或者搭建脆弱的木屋,人類注各種各樣的建筑物也應(yīng)運(yùn)而生。即便在建筑業(yè)發(fā)達(dá)的今天,世界上依舊有大約30%的人口居住在土制的建筑中。我國(guó)使用土制建筑已經(jīng)有幾千年的歷史了,現(xiàn)今我國(guó)使用土制建筑的人口大約有1億左右。在土木行業(yè)發(fā)達(dá)的今天,人有很多人選擇去居住土制建筑的原因是土制建筑能夠適應(yīng)不同的氣候,不論是北方寒冷的地方、赤道附近炎熱的地方或者冬冷夏熱的地方,還是濕度大或者干旱的地方,土制建筑都可以完好的站立在那里。但是土制建筑業(yè)有其明顯的缺點(diǎn),例如剝落、裂紋、開裂、掏蝕凹進(jìn)、坍塌、蓬松剝落。這些缺點(diǎn)的整治方法即傳統(tǒng)夯土墻的維修、抗震加固等一直是工程結(jié)構(gòu)人員所面臨的難題。本篇文章討論的便是如何

3、提高傳統(tǒng)夯土墻穩(wěn)定性以及加固措施。一、“人工快速鈣化”加固保護(hù)技術(shù)南方在傳統(tǒng)夯土墻加固保護(hù)這一方面主要是以夯土墻的耐水性為中心,其次以“保持原貌,修舊如舊”為加固的夯土墻的基本規(guī)范。在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了一段時(shí)間的實(shí)地考察后,根據(jù)考察所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)可知夯土墻暴露在大自然的條件下,其表面會(huì)經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成“鈣化”?!扳}化”這種情況在所有的夯土墻上都會(huì)多多少少存在,但是可能由于夯土的材料、種類、特性等原因,或者是與夯土墻所在地區(qū)的環(huán)境氣候、建造時(shí)間、使用維護(hù)等自然原因有關(guān),夯土墻的“鈣化”程度差距很大。但是我們?yōu)槭裁匆懻摵煌翂Φ摹扳}化”程度呢?因?yàn)楹煌翂Ρ砻妗扳}化”后,會(huì)形成一種防水的物質(zhì),而“鈣化”程

4、度越高,其防水效果越好。若這種物質(zhì)能夠?qū)⒄麄€(gè)夯土墻全部表面覆蓋住,那么這個(gè)夯土墻便再也不怕雨水的澆灌了。那么造成夯土墻“鈣化”的具體原因是什么呢?人為是否可以操控?這些問(wèn)題的答案便給夯土墻的加固帶來(lái)的極大的方便。根據(jù)自然的“鈣化”原理,我們研制出了一種“人工鈣化”方法。白灰和三合土是保護(hù)墻免受雨水侵害的通常手段,它們的主要成分都是石灰(cao),是一種以氧化鈣為主要成分的一種無(wú)機(jī)膠凝材料,過(guò)去經(jīng)常使用石灰石或者貝殼等碳酸鈣含量比較高的物質(zhì)作為原料,再經(jīng)過(guò)9001100煅燒形成1。caco2 = cao + co2石灰石一共有兩種,分別為生石灰和熟石灰,生石灰主要由cao構(gòu)成,生石灰在潮濕的環(huán)境

5、下或者遇到水就會(huì)變成熟石灰,熟石灰的主要成分是ca(oh)2。cao + h2o = ca(oh)2熟石灰再經(jīng)過(guò)一些調(diào)制便會(huì)形成石灰漿、石灰膏、三合土等膠凝劑。ca(oh)2是一種堿性物質(zhì),當(dāng)與空氣中的co2反應(yīng)后,會(huì)產(chǎn)生caco3和h2o,這個(gè)反應(yīng)也被稱作碳化反應(yīng)。ca(oh)2+ co2 = caco3+ h2oca(oh)2是一種固體物質(zhì),其在水中的溶解度非常的低,而ca(oh)2的兩種水合物 ca(oh)2·2 h2o 和 ca(oh)2·12 h2o 在水中的溶解度卻非常的大。所以我們利用ca(oh)2溶解度低的特點(diǎn),我們用已經(jīng)飽和的ca(oh)2溶液噴涂在夯土墻

6、的表面上,這樣溶液中的ca(oh)2便可以與空氣中的co2產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),形成沉淀的caco3,進(jìn)而在夯土墻的表面上形成一層“人工鈣化”防水膜。二、鋼絲網(wǎng)泥漿加固夯土墻體這種方法是為了提高夯土墻的整體強(qiáng)度的一種加固方法,鋼絲網(wǎng)加固能夠有效解決由于夯土墻外側(cè)受到某些因素后導(dǎo)致的脫落進(jìn)而導(dǎo)致墻體受力不均勻后坍塌的情況。具體措施我們將鋼絲網(wǎng)制作成梅花性狀,以s形狀穿插在墻體中,穿墻的鋼絲間距大約為800mm。鋼絲的四周也使用拉結(jié)筋與墻體強(qiáng)力連接,而且鋼絲網(wǎng)的最外側(cè)保護(hù)層的厚度距離必須上20mm以上,鋼絲網(wǎng)片與夯土墻之間的空隙也要大于4mm。夯土墻的加固材料使用焊接的鋼絲網(wǎng),使用的鋼直徑通常為2.6mm

7、,抗拉強(qiáng)度需要在711mpa以上,鋼絲網(wǎng)的橫縱間距都要保持在10mm左右2。我們使用有限元法對(duì)以上的假設(shè)方案進(jìn)行強(qiáng)度分析。我們選用湖北省某古城房屋作為分析的模型,此夯墻體遇到的主要問(wèn)題有以下幾種:(1)墻體上有一條長(zhǎng)1.5m,寬5mm左右的裂縫;(2)墻體外部1.4m左右的部分有脫落,掏蝕度大約為10c。(3)距離地面300mm左右的地方存在墻體局部缺失3。我們假定夯土墻和木質(zhì)材料的材質(zhì)都是均勻的,其受力變形也是線性的,而且墻體和木質(zhì)橫梁之間、房屋底部和地面之間都是固定的。單元類型我們選用8個(gè)節(jié)點(diǎn)的六面體單元,材料的參數(shù)見表1。夯土墻的穩(wěn)定性分析我們使用地震波作為破壞條件,計(jì)算參數(shù)中水平地震影

8、響系數(shù)為0.04,特征周期為0.4秒,結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。經(jīng)過(guò)計(jì)算,夯土墻的承重結(jié)構(gòu)在地震的作用下,位移大小為15.2mm,超過(guò)了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求;橫向最大應(yīng)力值為0.164mpa,縱向最大應(yīng)力值為0.138mpa,超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的0.08mpa,所以加固前受到地震作用后,墻體很容易受到破壞,最終導(dǎo)致坍塌。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的夯土墻在經(jīng)過(guò)計(jì)算后,最大位移變化值為4.24mm,小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值,能夠承受地震的破壞。經(jīng)過(guò)加固前后的數(shù)據(jù)對(duì)比可知,加固后的墻體橫向位移變形為加固前的15.32%,縱向變形為加固前的3.24%,加固效果明顯。在夯土墻所承受的應(yīng)力方面,加固后的最大剪切應(yīng)力為0.03mpa,小于規(guī)定的0

9、.08mpa標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值。經(jīng)過(guò)加固前后的數(shù)據(jù)對(duì)比可知,加固后的橫向剪切應(yīng)力為加固前的12.65%,縱向?yàn)榧庸糖暗?2.01%,加固效果明顯。三、結(jié)語(yǔ)本文分別介紹了兩種傳統(tǒng)夯土墻的加固措施,一種是以“鈣化”為理論指導(dǎo)的“人工鈣化”法,主要作用是能夠使傳統(tǒng)夯土墻免受雨水的侵蝕并盡可能的保留了其原有外貌。另一種是通過(guò)有限元分析計(jì)算出假設(shè)的加固方法的加固效果,通過(guò)對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比,此加固方法效果非常顯著,主要作用是能夠有限提高傳統(tǒng)夯土建筑的抗震能力,有效減少由于房屋坍塌而造成的人員、財(cái)產(chǎn)等損失。參考文獻(xiàn)1吳任平,葉坤杰,關(guān)瑞明.南方傳統(tǒng)生土建筑夯土墻的水穩(wěn)定性及其加固保護(hù)技術(shù)j.華中建筑,2016,34(10):59-62.2任克彬.夯土墻墻體穩(wěn)定性分

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