专利名称：楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法
技术领域：
本发明涉及对木质构造楼阁式塔的修复技术方法。
背景技术：
木塔在长期风荷载作用下，特别是经受地震作用时，结构易发生变形，这种变形的主要特征是平面内的扭曲变形和竖向的倾斜变形。塔体结构一旦发生扭曲和倾斜后，使木结构在受拉一侧产生脱榫、受压一侧产生劈裂或挠曲，且使斗拱松动。随着环境荷载的长期作用和材质老化，构件的强度下降、刚度退化，导致结构的扭曲和倾斜逐步加剧。我国著名的应县释迦塔，为典型的楼阁式木塔，历经九百多年沧桑后，整体向北偏东倾斜，第二、三层向东北方向水平扭转，顶部相对底层总偏移445mm，木结构损坏、脱落严重。目前，该塔的状况尚在继续恶化，亟待修缮加固。
古塔属珍贵文化遗产，其修缮加固工作需遵循文物保护原则，并要保证绝对安全。为保存其历史信息，一般要求采用“不落架”的整体修复方式。楼阁式木塔体形高大、构造复杂，对其进行“不落架”整体纠偏加固，施工难度大、技术要求高。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼顾文物保护“修旧如旧”和结构加固“安全合理”要求、实用的楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法。
本发明之技术方案是对扭曲塔体施加与扭曲变形方向相反的复位力偶，将塔体恢复到预定位置后，在塔体内部设置定型加固体，然后去除力偶。
本发明可利用木塔修缮的施工支架作为工作平台，对产生扭曲变形为主并导致倾斜的结构，通过外部张拉、内部支撑的方式进行“不落架”复位和加固。特点是安全可靠、简便可行、经济合理。首先，采用拉力直接将扭曲塔层向相反方向拉正，操作简便、易于控制；与传统的顶推装置相比，不需要刚度较大的水平反力架，且加载平台与塔体之间的距离不受顶推装置长度的限制，容易布置和调整。其次，充分利用施工支架作为加载工作平台，可节省专设加载结构的费用和安装工期。
对扭曲层数不多的木塔进行复位加固时，在加载设备和条件允许的情况下，可一次对各层同时施工。
当扭曲层数较多时，为减少加载设备和层间钢支撑架的总套数，提高设备利用率，宜按自上而下的顺序逐层施工。
复位施工的具体步骤为1)在欲施加复位力偶的木塔楼层的横梁下方、相邻两根承重立柱之间设置钢支撑架，所述钢支撑架由与横梁平行设置的横向架体和竖向架体组成；2)在修缮木塔的施工支架中设置工作平台，并对工作平台部位进行加固；3)在加载层的每边立柱的上端节点和工作平台之间设置张拉器；4)通过张拉器对扭曲塔体施加复位力偶，使其恢复到预定位置；5)在复位后的楼层内设置木楔和支撑件对塔体进行定位；6)拆除张拉器、钢支撑架、工作平台。
此外，在步骤1)中的钢支撑架的竖向架体下端分别设置高度调节装置。在不影响楼层变形恢复的前提下，能为塔体的施工安全提供可靠的保证，并可为拆换、修缮已损坏的楼层构件提供支撑力。上述高度调节装置为油压千斤顶或调节螺栓。
上述步骤1)中在钢支撑架与塔层横梁之间设置软性垫层，以避免阻碍楼盖在张拉复位施工时的水平运动，同时也能对古塔的安全性提供保障。
上述步骤3)中张拉器包括钢丝绳索、应力应变控制仪、花篮螺栓紧固件，在工作平台和加载层上分别固定钢丝绳索，在两组钢筋绳索之间连接应力应变控制仪和花篮螺栓紧固件。
考虑到卸载后木结构的弹性变形，为防止卸除拉力后的塔层不能达到设计的恢复值，加载至变形恢复值达到目标恢复值的105％时，保持荷载，采用木楔和支撑对塔身相关构件进行定位。
图1为本发明的木塔立面与施工支架布置总图。
图2为木塔的平面图。
图3为张拉器的安装及复位力偶示意图。
图4为钢支撑架的结构示意图。
具体实施例对于八角形的木塔的具体设计和施工程序如下(1)塔体检测和构件加固设计测量楼层的扭转变形值和竖向偏移值，测量各构件的错位和变形值；检测构件的损伤部位及损伤程度，拟定受损构件的修缮和加固要求(对损坏较严重的构件，宜在张拉复位之前进行加固或置换，以保证施工中的安全)；确定楼层在张拉复位时采用木楔紧固和支撑定位的节点和部位。
(2)加载方案设计拟定楼层张拉复位的目标恢复值，计算总张拉力和变形控制值，根据多层同时施工或逐层施工的设计方案确定张拉器数量和布置方式；根据总张拉力和变形控制值设计分级加载制度。
(3)架设施工支架，对施工平台加固设计在修缮的施工支架1中设置工作平台2，并根据张拉器数量、布置方式及拉力调节的要求对工作平台部位进行加固，必要时设置揽风绳3。工作平台2应便于技术人员张拉操作和测量观测。如图1、2所示。
(4)层间临时钢支撑架设计每组钢支撑架4由与横梁5平行设置的横向架体4-1和两个竖向架体4-2组成，在每个竖向架体4-2的下端分别连接油压千斤顶或调节螺栓4-3，形成高度可调节的临时钢支撑架。如图4所示。在(5)安装并调试临时层间钢支撑架在每组钢支撑4与横梁5之间设置软性垫层6，如图4所示。在同一扭曲层共对称设置四组钢支撑架4，每组钢支撑架4分别安装在相邻两根承重立柱7之间，如图2所示。
(6)安装并调试加载装置和测量控制系统本例中，在同一扭曲层采用两对复位力偶，即选择塔体对称的四个边作为加载区，加载部位设在每边立柱7的上端节点处，并采用钢夹板8临时加固；通过连接在施工支架上的加载装置施加水平张力N，形成复位力偶。
每组张拉器9由钢丝绳索、一只应力应变控制仪、一只花篮螺栓紧固件组成；钢丝绳9-1的一端连在立柱7的上端节点处的钢夹板8上，另一端与应力应变控制仪9-2相连，应力应变控制仪9-2的另一端与花篮螺栓紧固件9-3相连，花篮螺栓紧固件9-3的另一端与固定在工作平台2上的钢丝绳索9-4连接。如图3所示。
(7)检查整个施工支架、加载系统和层间钢支撑体系的可靠性。
(8)按加载方案分级施加荷载，注意边加载边观察塔体和构件的变形情况，特别要注意观察受损构件和节点的变形趋势。
(9)逐渐加大张拉力，加载至变形恢复值达到目标恢复值的105％时，保持荷载，采用木楔和支撑对塔体内部相关构件进行定位。
(10)完成构件定位后，逐渐卸去外力。注意边卸载边观察，发现情况应采取相应的措施。卸载结束后，测量并检验塔体抗回扭稳定性。若塔体回扭值小于目标恢复值的10％，可认为达到复位要求；否则，应再次施加张拉力、进一步紧固木楔并加强支撑，直至达到复位要求。
(11)扭倾复位工作完成后，对木结构的节点区和损伤构件进行修缮加固。破损构件加固的重点为端部劈裂部位，可采用抗老化阻燃性能较好的地聚物纤维增强复合材料(Geopolymer-based FRP)进行缠箍或浸渍处理。若必须拆换损坏的构件或对节点区进行较大范围加固时，应利用层间钢支撑架顶紧受力部位，以确保结构在修缮过程中的安全。
(12)撤除层间钢支撑架，撤除张拉器、工作平台。
(13)在塔体相应位置设置固定观测点，进行复位与加固效果的跟踪观测，持续时间两年，每年至少观测三次。
权利要求
1.楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法，其特征在于对扭曲塔体施加与扭曲变形方向相反的复位力偶，将塔体恢复到预定位置后，在塔体内部设置定型加固体，然后去除力偶。
2.根据权利要求1所述楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法，其特征在于复位施工的具体步骤为1)在欲施加复位力偶的木塔楼层的横梁下方、相邻两根承重立柱之间设置钢支撑架，所述钢支撑架由与横梁平行设置的横向架体和竖向架体组成；2)在修缮木塔的施工支架中设置工作平台，并对工作平台部位进行加固；3)在加载层的每边立柱的上端节点和工作平台之间设置张拉器；4)通过张拉器对扭曲塔体施加复位力偶，使其恢复到预定位置；5)在复位后的楼层内设置木楔和支撑件对塔体进行定位；6)拆除张拉器、钢支撑架、工作平台。
3.根据权利要求2所述楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法，其特征在于步骤1)中的钢支撑架的竖向架体下端分别设置高度调节装置，所述高度调节装置为油压千斤顶或调节螺栓。
4.根据权利要求2所述楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法，其特征在于步骤1)中，在钢支撑架与塔层横梁之间设置软性垫层。
5.根据权利要求2所述楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法，其特征在于步骤3)中所述张拉器包括钢丝绳索、应力应变控制仪、花篮螺栓紧固件，在工作平台和加载层上分别固定钢筋一组绳丝索，在两组钢筋绳索之间连接应力应变控制仪和花篮螺栓紧固件。
6.根据权利要求1所述楼阁式木塔扭、倾变形的张拉复位方法，其特征在于加载至变形恢复值达到目标恢复值的105％时，保持荷载，采用木楔和支撑对塔身相关构件进行定位。
全文摘要
本发明涉及对木质构造楼阁式塔的修复技术方法，对扭曲塔体施加与扭曲变形方向相反的复位力偶，将塔体恢复到预定位置后，在塔体内部设置定型加固体，然后去除力偶。本发明可利用木塔修缮的施工支架作为工作平台，对产生扭曲变形为主并导致倾斜的结构，通过外部张拉、内部支撑的方式进行“不落架”复位和加固。特点是安全可靠、简便可行、经济合理。首先，采用拉力直接将扭曲塔层向相反方向拉正，操作简便、易于控制；与传统的顶推装置相比，不需要刚度较大的水平反力架，且加载平台与塔体之间的距离不受顶推装置长度的限制，容易布置和调整。其次，充分利用施工支架作为加载工作平台，可节省专设加载结构的费用和安装工期。
文档编号E04G23/02GK1769630SQ200510095358
公开日2006年5月10日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年11月8日
发明者袁建力, 刘殿华 申请人:扬州大学