技術(shù)知識(shí)

當(dāng)前位置:   網(wǎng)站首頁(yè) > 技術(shù)知識(shí) >

鋼結(jié)構(gòu)加固理論與加固技術(shù)

來(lái)源：www.zgjzjg.com點(diǎn)擊量：165發(fā)布時(shí)間：2019-05-20 18:02

鋼結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷和損傷或改變使用條件，經(jīng)檢查驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)

定性不滿足使用要求時(shí)，應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。常見(jiàn)的鋼結(jié)構(gòu)需加固補(bǔ)強(qiáng)的主要

原因有：

    （1）由于設(shè)計(jì)或施工中造成鋼結(jié)構(gòu)缺陷，如焊縫長(zhǎng)度不足，桿件切口過(guò)長(zhǎng)，使截面削弱過(guò)多等等。

    （2）結(jié)構(gòu)經(jīng)長(zhǎng)期使用，出現(xiàn)不同程度的銹蝕、磨損以及操作不正常等，造成結(jié)構(gòu)缺陷，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面嚴(yán)重削弱。

    （3）工藝生產(chǎn)條件變化，使結(jié)構(gòu)上荷載增加，原有結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)。

    （4）使用的鋼材質(zhì)量不符合要求。

    （5）意外、自然災(zāi)害對(duì)結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重。

    （6）由于地基基礎(chǔ)下沉，引起結(jié)構(gòu)的變形和損傷。

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件加固是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，要考慮的因素很多。加固方法應(yīng)從施工方便、不影響生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)合理、效果好等方面來(lái)選擇，一般原則如下：

    （1）加固應(yīng)盡可能做到不停產(chǎn)或少停產(chǎn)，因停產(chǎn)的損失往往是加固費(fèi)用的幾倍或幾十倍。能否在負(fù)荷下不停產(chǎn)加固，取決于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。一般構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力小于鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，且構(gòu)件損壞變形等不是太嚴(yán)重時(shí)，可采用負(fù)荷不停產(chǎn)加固方法。

    （2）結(jié)構(gòu)加固方案要便于制作、施工，便于檢查。

    （3）結(jié)構(gòu)制造組裝應(yīng)盡量在生產(chǎn)區(qū)外進(jìn)行。

    （4）連接加固應(yīng)盡可能采用高強(qiáng)螺栓或焊接。

       采用高強(qiáng)螺栓加固時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算鉆孔截面削弱后的承載能力；采用焊接加固時(shí)，實(shí)際荷載產(chǎn)生的原有桿件應(yīng)力最好在鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度60%以下，極限不得超過(guò)80%，否則應(yīng)采取相應(yīng)的措施才能施焊。  

        一、加固方法概述

       鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕荷載、改變計(jì)算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強(qiáng)度、阻止裂紋擴(kuò)展等。當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也可采用其他的加固方法。經(jīng)鑒定需要加固的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)損害范圍一般分為局部加固和全面加固。局部加固是對(duì)某承載能力不足的桿件或連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加固，有增加桿件截面法、減小桿件自由長(zhǎng)度法和連接節(jié)點(diǎn)加固法。全面加固是對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，有不改變結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算圖形加固法和改變結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算圖形加固法兩類。增加或加強(qiáng)支承體系，也是對(duì)結(jié)構(gòu)體系加固的有效方法。增加原有構(gòu)件截面的加固方法是最費(fèi)料最費(fèi)工的方法（但往往是可行的方法）；改變計(jì)算簡(jiǎn)圖的方法最有效且多種多樣，其費(fèi)用也大大下降。

       加固結(jié)構(gòu)的施工方法有：負(fù)荷加固、卸荷加固和從原結(jié)構(gòu)上拆下應(yīng)加固或更新的部件進(jìn)行加固。加固施工方法應(yīng)根據(jù)用戶要求和結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)，在確保質(zhì)量和安全的前提下，由設(shè)計(jì)人員和施工單位協(xié)商確定。

       （1）帶負(fù)荷加固。施工最方便，也較經(jīng)濟(jì)。是用于構(gòu)件（或連接）的應(yīng)力小于鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%時(shí)，或構(gòu)件無(wú)甚大損壞（破損、變形、翹曲等）的情況下。此時(shí)為了使新加固桿件參與受力，有時(shí)需要對(duì)被加固桿件采取臨時(shí)卸荷的措施。另外，在加固時(shí)應(yīng)注意不影響其他構(gòu)件的正常使用。

       （2）卸荷加固。適用于結(jié)構(gòu)損壞較大或構(gòu)件和連接的應(yīng)力狀態(tài)很高，需要暫時(shí)減輕其負(fù)荷時(shí)。對(duì)某些主要承受可動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)（如吊車梁等），可限制其可動(dòng)荷載，即相當(dāng)于大部分卸荷。

       （3）從原結(jié)構(gòu)上拆下應(yīng)加固或更新的部件。當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重或原截面承載力過(guò)小，必須在地面進(jìn)行加固或更新時(shí)采用。此時(shí)必須設(shè)置臨時(shí)支撐，使被換構(gòu)件完全卸荷；同時(shí)，必須保證被換結(jié)構(gòu)卸下后整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。

       確定加固方案前，應(yīng)搜集下列資料：

      （1）原有結(jié)構(gòu)的竣工圖（包括更改圖）及驗(yàn)收記錄。

     （2）原有鋼材材質(zhì)報(bào)告復(fù)印件或現(xiàn)場(chǎng)材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告。

     （3）原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、安裝驗(yàn)收記錄。

     （4）原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)。

     （5）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破損情況檢查報(bào)告。

     （6）現(xiàn)有實(shí)際荷載和加固后新增加荷載的數(shù)據(jù)。

       二、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形加固法

       改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形加固法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)和邊界條件，增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固過(guò)程，除應(yīng)對(duì)被加固結(jié)構(gòu)承載能力和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算外，尚應(yīng)注意對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)以及支座中的內(nèi)力重分布，對(duì)結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進(jìn)行必要的補(bǔ)充驗(yàn)算，并采用切實(shí)可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法，設(shè)計(jì)與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計(jì)允許，不得擅自修改設(shè)計(jì)規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力（應(yīng)力）或規(guī)定位移（應(yīng)變）的數(shù)值和允許偏差及檢測(cè)位置和檢驗(yàn)方法。

改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形加固法通常采用的具體措施如下：

      1 增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度

    （1）增加支撐以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)空間剛度，采用按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，挖掘結(jié)構(gòu)潛力。

    （2）加設(shè)支撐以增加剛度，或調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

    （3）增設(shè)支撐或輔助桿件，以減少構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比，提高構(gòu)件的穩(wěn)定性。

    （4）重點(diǎn)加強(qiáng)某一構(gòu)件的剛度，以承受更多的內(nèi)力，從而減輕其他構(gòu)件的內(nèi)力。

    （5）設(shè)置拉桿以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，減少撓度

      2 改變構(gòu)件的截面內(nèi)力

    （1）變更荷重的分布情況。如將一個(gè)集中荷重分為幾個(gè)集中荷重。

    （2）變更端部的連接。如將鉸接變?yōu)閯偨印?/p>

    （3）增加中間支座或?qū)⒑?jiǎn)支結(jié)構(gòu)端部連接使之成為連續(xù)結(jié)構(gòu)。

    （4）調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置。

    （5）將構(gòu)件變?yōu)閾螚U式構(gòu)架。

    （6）施加預(yù)應(yīng)力。

       三、加大構(gòu)件截面加固法

       采用加大截面加固鋼構(gòu)件時(shí)，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)要求并考慮有缺陷和損傷的狀況。加固構(gòu)件受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖，應(yīng)反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際條件，考慮損傷及加固引起的不利變形、加固期間及前后作用在結(jié)構(gòu)上的荷載及其不利組合，對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮因截面加大、構(gòu)件剛度改變使體系內(nèi)力重分布的可能，必要時(shí)應(yīng)分階段進(jìn)行受力分析和計(jì)算。采用該方法應(yīng)注意的事項(xiàng)如下：

    （1）注意加固時(shí)的凈空限制，使新加固的構(gòu)件不得與其他桿件相沖突。

    （2）加固設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)原有構(gòu)件的幾何狀態(tài)，以利施工。

    （3）應(yīng)盡量減少施工工作量。當(dāng)原有結(jié)構(gòu)鋼材的可焊性較好時(shí)，根據(jù)具體情況盡

量考慮用焊接加固，并應(yīng)盡量減少焊接工作量，以減少焊接應(yīng)力的影響，避免焊

接變形。還應(yīng)避免仰焊。

    （4）加固應(yīng)盡量使被加固構(gòu)件截面的形心軸位置不變，以減少偏心所產(chǎn)生的彎矩。當(dāng)偏心值超過(guò)規(guī)定時(shí)，在復(fù)核加固截面時(shí)，應(yīng)考慮偏心的影響。

    （5）加固后的截面在構(gòu)造上要考慮防腐的要求，避免形成易于積灰的坑槽而引起銹蝕。

       第四節(jié)鋼構(gòu)件的具體加固技術(shù)

       一、鋼柱的加固

       鋼柱通常為軸壓構(gòu)件或壓彎構(gòu)件，結(jié)合其受力特點(diǎn)，應(yīng)采用以下加固方法。

       1 柱子卸荷法

       必須在卸荷狀態(tài)下加固或更換新柱時(shí)，采取“托梁換柱”方法。

當(dāng)僅需加固上部柱時(shí)，可以利用吊車梁橋架支托起屋蓋屋架，使柱子卸荷。當(dāng)下部柱需要加固或工藝需要截去下柱時(shí)，可在吊車梁下面設(shè)一永久性托梁，將上部柱荷載（包括吊車梁荷載）分擔(dān)于鄰柱（必須驗(yàn)算鄰柱并加固之，也要驗(yàn)算基礎(chǔ)）上。采用此法應(yīng)考慮到用托梁代替下柱后，托梁將產(chǎn)生一定的撓度，迫使原屋架下沉，從而可能損傷與此屋架相連構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)。為此可預(yù)先在托梁上加臨時(shí)荷載!，使托梁具有預(yù)先撓度。采用此法的順序是先加固鄰柱、焊接托梁與鄰柱、加臨時(shí)荷載!、焊接托梁與中柱、卸下臨時(shí)荷載!、加固或截去下部柱。

        2 鋼柱加固法

    （1）補(bǔ)強(qiáng)柱的截面。一般補(bǔ)強(qiáng)柱截面用鋼板或型鋼，采用焊接或高強(qiáng)螺栓與原柱連接成一個(gè)整體。

    （2）增設(shè)支撐。增設(shè)支撐以減小柱自由長(zhǎng)度，提高承載能力。在截面尺寸不變的情況下提高了柱的穩(wěn)定性。

    （3）改變計(jì)算簡(jiǎn)圖，減小柱外荷載或內(nèi)力。

    （4）在鋼柱四周外包鋼筋混凝土進(jìn)行加固，可明顯提高承載能力。

      3 柱腳加固法

    （1）柱腳底板厚度不足加固方法

       !增設(shè)柱腳加勁肋，以達(dá)到減小底板計(jì)算彎矩的目的。

"在柱腳型鋼間澆筑混凝土，使柱腳底板成為剛性塊體。為增加粘結(jié)力，柱腳表面油漆和銹蝕要清除干凈。

     （2）柱腳錨固不足加固方法

       !增設(shè)附加錨栓。當(dāng)混凝土基礎(chǔ)較寬大時(shí)采用。在混凝土基礎(chǔ)上鉆出孔洞，插入附加錨栓，澆注環(huán)氧砂漿或硫磺砂漿（孔洞直徑為錨栓直徑"加20mm’’，深度大于30d"）。"將整個(gè)柱腳包以鋼筋混凝土。新配鋼筋要伸入基礎(chǔ)內(nèi)，與基礎(chǔ)內(nèi)原鋼筋焊

      4 柱加固承載力驗(yàn)算法

      負(fù)荷狀態(tài)下加固計(jì)算，重要的問(wèn)題是加固后應(yīng)力能否重分配，即加固后原有截面能否將原有應(yīng)力分配到新補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)件截面上去，如能重分配，新老荷載之和，可以平均分配給新老截面上，否則原有荷載仍由原截面承擔(dān)，新增加荷載由新老截面（即加固后總截面）平均分擔(dān)。到目前為止，加固后應(yīng)力重分配尚未為實(shí)驗(yàn)所完全證實(shí)（至少在彈性階段），可是對(duì)靜載結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)截面一部分進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)力最終會(huì)重分配，所以計(jì)算中靜載結(jié)構(gòu)可以新老截面共同工作原則來(lái)計(jì)算；當(dāng)在動(dòng)載結(jié)構(gòu)情況下，塑性區(qū)很難形成，不考慮應(yīng)力重分配，計(jì)算時(shí)將加固前和加固后的情況分別計(jì)算，然后求其總和。在卸荷情況下加固，就不存在上述問(wèn)題。

       卸荷狀態(tài)下，截面驗(yàn)算按加固后總截面，并考慮加固折減系數(shù)，按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算，即按負(fù)荷狀態(tài)下加固截面作用靜力荷載的驗(yàn)算公式計(jì)算，桿架桿件、梁也是如此。