既有建筑结构加固技术经济性分析

1、既有建筑结构加固技术 经济性分析 专专 业：业： 管理科学与工程管理科学与工程 Page 2 Page 3 上述原因导致这些结构不能满足安全性、适用 性、耐久性等相关要求，可靠性也在逐渐降低。如 不及时处理，这些既有建筑或早或晚会危害人民的 生命财产安全。 我国既是一个建筑大国 ，又是一个建筑存量大国 ； 庞大的既有建筑中，有相当一部分建筑接近或已经 达到其设计使用寿命 ； 恶劣环境、自然灾害、人为因素影响等也严重影响 到结构的正常使用。 我国每年新建建筑居世界首位；总 建筑面积也居于世界榜首，当前我 国既有建筑物总量约450多亿平方 米。 我国绝大多数建筑物的设 计使用年限约为50年 Pag

2、e 4 上述结构，如果推倒重建，将耗费巨额投资， 这对我国这样的资源贫乏的人口大国而言不可取， 拆旧建新的处理方式是社会资源的极大浪费，也不 符合当今低碳社会的可持续发展要求。 通过对既有建筑结构进行科学的检测鉴定， 制定科学的安全评估体系，采取合理的加固改造 措施，提高既有建筑结构的安全性和耐久性，满 足建筑物的正常使用功能，延长建筑物安全使用 寿命不失为一种节约社会资源的好方法。 Page 5 既有建筑结构的加固方法很多，它涉及到对 既有建筑结构现状安全可靠性的评估、加固方案 的技术性、加固方案的经济性、加固方案的耐久 性、加固的可修复性等很多方面，需要综合权衡 加固方案之间的优劣。 因此

3、，本论文拟以既有建筑结构加固技术经 济分析作为研究课题。 Page 6 文献综述 1、国内外建筑结构加固技术研究 （1）国外研究状况 1984年瑞士国家实验室首先开始了外贴纤维复合材料加固试验的研 究，随后，各国学者在该领域开展了广泛的研究和应用推广工作，美国、 日本等国家己经制定了外贴纤维复合材料的有关技术标准。 Hassan and Riskily(2003)的碳纤维加固试验并不是单纯的粘结性 能试验，更接近于小梁的抗弯加固试验，通过配筋构造使受弯裂缝出现 在跨中，研究不同锚固长度对极限荷载的影响。 Lorenzo Li(2005)在实验中使用外包钢法加固损伤的钢筋混凝土梁， 参考梁抗弯单

4、调加载相应最大承重能力，在损坏的这些梁上使用不同的 规定和长度的钢板修理和加强钢筋混凝土梁。 Page 7 （2）国内研究状况 我国已有建筑的加固方法很多，在上部结构中，有加加 大截面加固法大截面加固法、体外后张预应力加固法体外后张预应力加固法和改变结构传力体改变结构传力体 系加固法系加固法等；近年来粘钢加固法粘钢加固法、植筋植筋、碳纤维加固法碳纤维加固法等 一些新技术，新工艺也越来越广泛的应用到工程加固中。 孙瑞峰(2007)首先对加大截面加固法、粘钢加固法和改变受力 体系加固法这三种常用的混凝土结构加固方法的施工工艺、各自的优 点和先进性进行了比较，进而得出对于需要加固的构筑物，应根据构

5、筑物的不同情况，遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则制定不同 的加固方案。 张积德(2009)采用混凝土置换、粘钢、粘贴碳纤维、化学植筋等 多种加固方法对甘肃金昌某两栋商品房的一至三层的部分楼板、阳台 悬挑梁等部位进行加固，在技术和经济上均取得了良好的效益。 Page 8 曹丹阳(2003)通过对某商住楼的柱进行加大截面加固法的加固设计， 达到了此楼由于局部功能的变化，使荷载增加，需进行加固处理的要求。 费伟等(2009)针对无锡嘉德广场工程在施工中管线分布不合理，造 成混凝土板底面产生裂缝，裙房楼面出现贯通的裂缝，为确保使用安全， 以及碳纤维的抗拉强度高、重量轻、耐久性好、施工方便快捷等特点

6、， 采用了碳纤维布加固方法对工程进行加固，取得了良好综合经济效益和 社会效益。 郑伟涛等(2010)通过对粘钢加固施工工艺进行了分析，探讨了各种 因素对粘结强度的影响，提出了一些具体处理措施，尤其是对空鼓现象 的独特修补，解决了粘钢加固的最终缺陷，使钢板和混凝土结构构件实 现了完美的结合。 刘航等(2002)对一多层钢筋混凝土框架结构中9根已建好的框架柱 进行混凝土强度不能满足设计要求的情况，采用碳纤维布对柱进行包裹 的加固方案，得出碳纤维加固结构有一定的适用范围。 Page 9 2、ANSYS在结构加固应用研究情况 ANSYS是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可 以用来求解结构、流体、电

7、力、电磁场及碰撞等问题。 王亚萍等(2002)结合钢筋混凝土材料的特殊性，利用大型有限元 计算软件ANSYS计算受弯构件的变形及其正截面应力应变。最后将有 限元计算的结果与精确解比较，分析误差存在的原因及改变的方法和 措施。 程颖(2006)从结构可靠性指标的几何意义出发，提出了在ANSYS 平台上采用有限元法和梯度优化算法相结合的方法进行可靠度分析的 构想，对ANSYS进行二次开发实现了该方法该方法能用较少的有限 元计算次数得到较精确的可靠度和验算点值。 张子潇等(2005)利用ANSYS软件建立了U型FRP受剪加固梁的三维有 限元分析模型，混凝土使用solid65单元，钢筋使用Links单

8、元，FRP 布采用Shel63壳单元，模拟了梁的加载全过程和受剪剥离受力性能。 Page 10 3、全生命周期成本理论研究情况 建设工程项目的全生命周期是指从建设意图产生到项 目废除的全过程，它包括项目的决策阶段、实施阶段决策阶段、实施阶段和运运 营阶段营阶段。 李静华(2008)引入工程项目全生命周期费用管理的概念,介绍了价 值工程的基本原理。从工程项目全生命周期费用的最小化出发,选择 价值工程作为住宅经济性评价的基本原理,通过对住宅项目的功能分 析和成本分析,来确定住宅全生命周期的价值评价模型。为消费者衡 量住宅的效用和对生产者度量其开发成本提供参考依据。 张宇辉(2010)确定既有桥梁各

9、种改造方案的基础上，从工程经济 的原理出发，在桥梁全寿命期内，考虑所有可能发生的费用，建立桥 梁的全寿命周期费用模型(平均年费用模型)，并且对加固、重建方案 的平均年费用进行相互比较、分析。同时还基于平均年费用的分析模 式，对桥梁的经济使用寿命进行了预测。 Page 11 4、既有建筑结构加固经济分析研究现状 如何选择一个技术上可靠，经济上合理，其他方面可 行的加固方案，是决策者面临的首要问题。 胡俊(2008)考虑加固工程各种影响因素，得出加固方案优化的初 步评价指标体系，采用Delphi评分法对该指标体系进行筛选。采用层 次分析法确定加固方案各评价指标的权重，利用模糊数学理论确定各 评价指

10、标的相对隶属度，建立用参数p=1的海明权距离表示的优化模 型，并引入价值工程的概念对己建模型进一步优化。采用MATLAB语言 编制了计算程序，并结合某工程实例验证了本文优化模型和方法的有 效性和实用性。 李志林(2010)在传统层次分析法的基础上，对常用建筑结构加固 方案进行了详细的技术经济分析，重新建立了开放性的加固方案评价 指标体系，融合利用层次单排序和指数标度的改进权重确定方法、基 于指数标度的评价值赋值法，建立了改进的层次分析方法的基本构架， 分阶段多步骤地对结构加固方案进行评价优选。 Page 12 三、如何研究 文章在总结国内外既有建筑加固技术的基础 上，使用ANSYSANSYS软

11、件建模分析软件建模分析各加固方案的可靠度， 并且利用全生命周期全生命周期和价值工程理论价值工程理论的相关知识 对既有建筑加固方案进行技术经济分析，并运用 模糊综合评价法模糊综合评价法对即有建筑加固方案从各个指标 层进行综合性分析。整个研究的主要内容包括以 下几个部分： Page 13 既有建筑结构安全评估体系构建既有建筑结构安全评估体系构建 本节内容研究既有建筑结构安全可靠性评估体 系，通过评估体系的构建、运用，以便正确评估 既有建筑结构的安全现状，可为结构加固的方案 遴选奠定基础。 Page 14 既有建筑结构加固技术性分析既有建筑结构加固技术性分析 本节内容研究调研既有建筑结构的国内外现有

12、 的加固方法及其适用性、以及新型加固材料的应 用情况。视研究深度决定对典型结构利用有限元 软件ANSYS建模，评估各加固方案的可靠性。 Page 15 即有建筑结构加固经济性分析即有建筑结构加固经济性分析 本节内容研究不同加固方案的经济性，经济 性内涵包括既有建筑结构的加固建造费用和加固 后的年度使用费用，即加固方案的全寿命周期费 用（LCC），由于不同加固方案的服役寿命不同， 构建不同加固方案的经济评价模型。 Page 16 既有建筑结构加固综合性评价既有建筑结构加固综合性评价 运用适合的多目标决策相关知识，从技术性、 经济性、可修复性、及社会效果等四个方面对既 有建筑结构加固方案进行综合评

13、价，选择更优的 加固方案。 Page 17 1 胡俊. 建筑结构加固方案优化研究D.南昌:南昌大学, 2008. 2 吴学红. 建筑结构加固方案的模糊优化设计及其应用 研究D.西安:西安建筑科技大学, 2003. 3 郑昌坝. ANSYS在混凝土构件可靠性分析中的应用J. 山西建筑, 2010,36(17):56-57. 4 鲁承宏. 关于既有建筑结构加固问题的探讨J. 建筑科 学, 2005,23(4):36-39. 5 刘航, 李晨光. 混凝土结构碳纤维加固技术及其适用性 J. 建筑技术,2002,33(6):408-410. 6 范涛,丁南生,徐湘涛. 基于ANSYS的湿式外包钢加固梁

14、有限元分析J. 建筑技术, 2006,34(1):79-82. Page 18 7 Parretti R. Behavior of Prestressed Beam Strengthened with External Tendons J .Struct. Engrg. 2000,9(126):1033-1044. 8 廖祖仁，傅崇伦.产品寿命周期费用评价法J.北京: 国防工业出版社.1993. 9 陈晓芳，崔伟.关于产品生命周期成本的理性思考 J.财会通讯(学术版),2006(3):52-55. 10张宇辉. 既有桥梁改造方案经济分析模型的构建J. 北方交通,2010(3):77-80. 1

15、1 夏海兵，姚安林，严斌. 基于加固寿命周期成本 最小的桥梁维修决策J. 交通工程建设,2006(3): 25-27. Page 19 12 易贤仁. 钢筋混凝土薄腹梁体外预应力加固效应监控 J. 建筑结构, 2009，39(4):69-72. 13 刘光焰. 钢筋混凝土结构的健康诊断和加固技术的研 究D. 广西:广西大学, 2003. 14 李志林. 基于层次分析法的建筑结构加固方案设计J. 建筑设计, 2010 (61):271-272. 15 石林. 基于改进的层次分析法的建筑结构加固方案优 选D. 山东:山东大学, 2003. 16 程颖, 涂宏茂,樊红丽. 基于有限元法的结构可靠度分 析优化算法的实现J. 北京理工大学学报,2006,26(4): 305-308. 17 张积德. 几种加固方法在某结构中的应用J. 河南建 材, 2009(2):35-36. Page 20 18 刘桦,王子全. 建筑物补强方法的技术比较与经济分析 J. 工业建筑, 2007,37(4):88-90. 19 郝伟. 桥梁