一、任务来源
钢筋混凝土作为建筑工程中重要的工程结构材料，具有耐久性、整体性、耐火性、可模性、造价低等优点。钢筋混凝土支撑体是结构安全性、耐久性的关键构件，钢筋混凝土支撑体也是大多数建筑中最重要最常用的主要承重构件，包括作为顶棚支承柱的各类建筑中，钢筋混凝土支撑体出现开裂、损伤或者灾害的影响会导致建筑物会出现重大安全隐患，因此研究减少钢筋混凝土支撑体开裂、损伤，安全高效加固具有重要意义。
以山东财经大学（原）明水校区体育场顶棚为例，此悬挑顶棚建于1999年，重量为24t，由8根钢筋混凝土支承柱受力支承。此次改造需进行悬挑顶棚的拆旧换新，对应的支承柱改造一般为拆除新建或增加截面加固，传统加固方式耗时较长，施工安全风险较大，而且产生了大量建筑垃圾和不必要的材料浪费，成本较高。
本项目主要来源于企业委托。
二、应用领域和技术原理
通过分阶段的荷载转移策略，逐步实现结构体受力体系从旧支撑向新支撑的平稳过渡。核心在于动态调整应力分布和优化荷载传递路径，通过理论分析与工程验证，明确每一阶段的受力变化规律与转换节点受力响应，确保结构在非稳态工况下的稳定性和均匀性，形成高效、平稳的动态优化控制机制；针对悬臂与支承柱结点的力学复杂性，通过调整节点刚度与延性的匹配关系，优化荷载从悬臂到柱体的传递路径，实现力的均匀分布，避免局部应力集中。
本项目研究成果广泛应用于老旧建筑物结构、市政工程与公共设施（体育场、看台、桥梁等）的吊装施工及加固。
三、性能指标
1.柱体主要承受抗压和抗拔力，每个植筋部位抗拔力需达到180kN。
2.焊接规范要求：焊接完成后进行无损探伤检验且100%合格。
四、与国内同类技术比较
技术对比项 本项目技术特点 国内同类技术特点
施工时间 施工时间短，采用钢板包裹、植筋、灌浆三道工序，施工周期较短 施工时间较长
施工安全性 安全性高，通过渐进式受力体系转换和分阶段支撑，增加吊装过程中的结构稳定性 安全性较高
环境影响 环保，减少了建筑垃圾和不必要的材料浪费，施工过程相对简便 环境影响较大，喷射混凝土加固和部分加固材料可能会产生建筑废料
施工技术 强调动态受力转换过程中应力分布的均匀性，通过分阶段设计减小突变风险，结合复合节点优化实现荷载传递均匀化，具有高效性与可操作性。 强调传统方法如外包加固和材料改性，着重提升单节点的抗压和延性性能，较少涉及整体体系的动态性能优化。
五、成果创新性、先进性
1.针对悬臂与支承柱结点的力学复杂性及荷载传递路径不均问题，提出了一种基于复合节点优化的传力体系控制技术，通过优化悬臂与支承柱结点刚度与延性匹配关系，实现了荷载沿悬臂-结点-柱体的均匀分布，避免了局部应力集中；结合结点区域的受力特点，建立了基于悬臂-结点-柱体传力路径的力学模型。
2.在顶棚吊装过程中，为避免受力体系瞬间转换引起的结构不稳定，提出了过渡式受力体系转换方法，设计了分阶段的受力转移方案，实现了结构体在受力体系转换过程中应力的动态分布调整和荷载传递路径优化，形成了结构体受力体系转换过程中平稳过渡与高效控制的动态优化技术。
六、作用意义
1.社会意义：通过对既有钢筋混凝土结构的安全性评估与加固改造，能够避免大规模推倒重建所带来的资源浪费、建筑垃圾产生及经济损失，助力绿色可持续发展，同时保障人民生命财产安全，符合国家建筑行业高质量发展和节能减排的战略需求。
2.技术意义：研究顶棚吊装过程中受力体系转换的动态力学特性及传力路径演化机制，形成适用于复杂吊装工况的动态优化技术框架；针对悬臂与支承柱节点的复杂力学特性，提出复合传力节点的设计与加固技术，为提升结构在复杂荷载条件下的稳定性和均匀性提供创新解决方案，丰富既有建筑加固领域的理论体系和技术储备。
3.经济与推广意义：通过提出高效、经济的施工加固方法，能够有效简化施工流程、节约成本，提升施工效率与质量，减少建筑垃圾，具备广泛的应用与推广前景，推动建筑结构加固行业的技术进步和工程实践水平提升。
七、经济效益
本技术减少了施工用工材料，缩短了工作周期，以山东财经大学（原）明水校区改造工程（体育场看台）为例，采用本技术，共节约经济成本1368987.14元。
序号 项目 分析 金额
传统增大截面加固法
1 人工费 15*25*300元/工日=112500元 112500元
2 材料费 524.27*12+1.5*3890=12126.24元 12126.24元
3 机械 2000*25*2=100000元 100000元
4 网架费用 2305600元
5 吊装费用 120000元
6 合计 112500元+12126.24元+100000元+2305600元+120000元=2650226.24元 2650226.24元
悬挑顶棚支承柱加固技术
7 人工费 15*9*300元/工日=40500元 40500元
8 材料费 0.19*3890+7000=7739.1元 7739.1元
9 机械费 2000*15*2=60000元 60000元
10 网架费用 1123000元
11 吊装费用 50000元
12 合计 40500元+7739.1元+60000元+1123000元+50000元=1281239.1元 1281239.1元
比较节约成本 2578226.24元-1281239.1元=1368987.14元 1368987.14元

一、推广应用前景
1.推广应用的范围、条件和前提
本项目研究成果广泛应用于老旧建筑物结构、市政工程与公共设施（体育场、看台、桥梁等）的吊装施工及加固。
条件和前提：混凝土结构经可靠性鉴定需要加固时则可以进行加固，加固设计的内容及范围应根据可靠性鉴定结论和委托方提出的要求确定可以包括整体亦可以是指定的区段或特定的构件。结构的加固应综合考虑其经济效果尽量不损伤原结构，避免不必要的拆除或更换。
2.存在的问题和改进意见
（1）受力体系转换精度控制难度较大，吊装过程中可能导致局部受力不均，影响结构稳定性，通过增加实时监测系统，优化受力路径以确保均匀受力；
（2）结构结点的应力重分布规律分析可能未充分考虑复杂工况下的非线性效应，引入非线性有限元分析模型，对结构结点在受力转换中的非线性响应特性进行模拟和优化。
二、推广措施
1.将技术成果形成标准化施工技术，通过技术实体化，使其能够推广，易于推广。
2.建立专项技术推广小组，负责科技成果的宣传、培训和现场指导工作。
3.在集团公司承建项目中推广应用，开展技术咨询服务，提供技术解决方案和施工指导，带动相关工程推广与使用。
4.与相关行业协会合作，组织技术交流会和研讨会，提高行业对新技术的认知度。
5.利用网络平台和媒体资源，广泛传播科技成果的应用案例和效益分析，增强对新技术的信心。