谈某砖混拱门文物的检测鉴定

张 继 红

(深圳市恒义建筑技术有限公司，广东 深圳 518106)

我国砖石砌体除应用于一些小体量的功能性建筑物(如照壁、围墙等)外，还应用于礼制建筑、宗教建筑，以及一些攻防工程(城墙、城门等)等[1]。随着我国经济社会的高速发展，具有重要历史、文化和科学研究价值的文物建筑越来越受到人们的关注，文物的检测鉴定与加固工作已越来越受到重视[2]。

1 工程概况

本次进行检测鉴定的历史建筑城门坐北朝南、面阔5间20 m，进深3间10 m。单檐四面坡式灰瓦顶，砖木结构，抬梁式构造，长22 m、宽10.7 m的砖砌城台上，下部辟拱门。1983年后，市政府将古城门列为重点文物保护单位，现已成为中外游人慕名而来的著名景点。2002年11月，该建筑被列为第四批省级重点文物保护单位。图1，图2分别为该建筑的外立面图及平面图。

为确保该历史建筑结构安全，掌握该结构的安全性，业主委托要求按照《文物建筑中砖石结构维修与加固技术规范》(征求意见稿)、GB 50292—2015民用建筑可靠性鉴定标准、GB 50068—2001建筑结构可靠度设计统一标准及其他有关规范要求，对结构安全性做出评定，提交鉴定报告，并提出相应的加固处理意见和维修措施建议。

2 现场工作内容

2.1 查阅图纸资料

包括岩土工程勘察报告、设计计算书、设计变更记录、施工图、施工及施工变更记录、竣工图、竣工质检及包括隐蔽工程验收记录的验收文件、定点观测记录、施工处理报告、维修记录、历次加固改造图纸等[3]。

2.2 荷载作用及使用条件确定

确定荷载及作用的目的是为找出结构受损伤的原因，以及挖掘结构的承载潜力。主要包含如下几个方面：

1)荷载调查确定：结构自重、装修自重；活荷载；雪荷载、风荷载等。2)作用调查：基础不均匀下沉；温度；变形；侵蚀；地震作用等。3)使用情况调查：结构防水、保护状况；维护检修的周期。

2.3 结构现状检验

1)地基基础调查：场地类别与地基土；地基变形；地基变形在上部结构中的反应(散水开裂情况调查、下部墙体裂缝检验)；其他因素(包括地下水抽降、地基浸水、水质恶化、土壤腐蚀等)的影响或作用。

2)对结构、构件的缺陷包括整体倾斜、局部鼓胀、酥裂、变形和裂缝等缺陷进行详细检查等[3]。并根据损伤情况确定详细探查位置、对破损情况进行分级。对勾缝粉化、破损、开裂等缺陷进行详细检查，查清缺陷部位范围、尺寸等。并根据损伤情况确定详细探查位置、对破损情况进行分级。

3)对围护系统进行现状检验。

3 现场检测

3.1 结构布置检测

结构布置检测，主要包括结构型式、结构构件平面布置、截面尺寸等。此项检测除使用全站仪、尺子、激光测距仪外，还需对城楼墙体进行钻芯，以此得到墙体砌块厚度。

3.2 现状缺陷检测

对城台现状缺陷进行详细勘测，对城台外观的裂缝、空鼓、酥碱和歪闪等缺陷进行检测，查清缺陷部位范围、尺寸、裂缝深度、风化深度等[4]。

3.3 城台砖强度检测

采用回弹法对城台砖强度进行测试，并把钻芯试样做成标准试块，送试验室进行压缩强度试验，综合分析两种试验结果，得出城台砖实际强度。

3.4 灰浆强度检测

采用贯入法对灰浆强度进行现场检测，并作为推定抗压强度的依据。

3.5 雷达测试

采用现场雷达测试，通过反应波反映城墙的损伤情况和程度。雷达检测项目主要如下：城台内部的介质检测、城台砖的内部破损检测、城台内部土体空洞、松散程度的检测定位。

3.6 内填介质检测

在城台顶部采用探坑对内填介质进行测试，并做成试样送实验室进行分析，得出内填介质的物理特性。

3.7 其他

综合上述检验、检测结果，如有必要还需对城台基础补充地勘、城台墙体钻芯取土、城台监测等项目。

4 结构计算分析

城墙及拱门由拱墩、拱圈、外墙和芯墙(土)四部分组成。拱圈为主要的受力构件，利用拱结构对材料受压性能要求高，受拉和抗剪性能要求低等特点，在特定的年代为城门提供大跨度空间；两端的墩台为重力式结构，依靠自身超强的抗倾覆和抗滑移保持结构的稳定性和整体性；侧墙和芯墙等组成城门的拱上结构。

根据现场实测数据，对该建筑下部城墙及拱门进行了受力性能分析。该分析采用大型有限元软件ABAQUS对下部城墙及拱门进行了建模计算，分析了在城楼恒荷载和活荷载作用下，城门拱圈的承载力及稳定性。

4.1 有限元计算单元类型的选取

本工程采用实体单元(Solid)模拟墙体，在单元划分较细时，使用三维8节点减缩积分单元(C3D8R)可以得到比较准确的计算结果，故本计算采用C3D8R单元。

在ABAQUS的CAE模块，对城墙进行建模模拟计算时，在对其进行网格划分时统一采用六面体单元，通过Mesh(网格)模块来布置种子和划分网格。本工程模型图及网格划分见图3，图4。

4.2 结果分析

1)从主压应力分布图计算结果中可以看出，拱圈两侧墙体及拱顶上部是受力薄弱环节，保持受力拱圈的整体性和稳定性，是实现建筑功能的前提。通过该模型的应力云图计算结果可知，在城墙拱顶下部等效应力很小，因此，有必要采取有效措施防止该处侧向墙体鼓出保持结构的整体稳定性。根据计算结果，拱圈底部两侧墙体压应力最大，最大压应力为0.17 MPa。

2)从拉应力分布计算结果中可以看出，拱体两侧耳房上部承受拉力，最大拉应力为0.14 MPa，小于砌体抗拉强度平均值0.15 MPa。拱体上部为拱圈最易损伤的部位，往往是最大负弯矩和拉应力集中出现的部位，拉应力区较大，模型也验证了上述结论的正确性。拱顶是受力不利部位，但城墙变形很小。

3)从城墙叠加的变形计算结果可以看出，拱体顶部相对变形较大，两边的耳房变形基本可以忽略。

4)从位移计算结果可以看出，拱体范围位移较大，两边的耳房位移基本可以忽略。其中拱顶上部位移尤为明显，但拱顶上部最大位移也不足3 mm。

5 结语

主压应力计算分析结果显示：结构最大压应力为0.17 MPa，小于砌体抗压强度平均值1.07 MPa。拉应力计算分析结果：拱圈上部主要承受拉应力，但拉应力值很小，大部分均为0.002 9 MPa。城墙叠加计算分析结果：说明拱顶是受力不利部位，但城墙变形很小，结构稳定，安全系数较大。结构位移分析结果：拱顶上部位移尤为明显，但拱顶上部最大位移也不足3 mm。综上所述：城门整体结构稳定，主体结构安全，满足受力要求。