工程事故分析與處理_第6章_鋼結(jié)構(gòu)加固.ppt

第6章,鋼結(jié)構(gòu)事故處理,2,6.1 鋼結(jié)構(gòu)的缺陷 6.1.1 缺陷的概念 由于人為（勘察、設(shè)計、施工、使用）或自然（地質(zhì)、氣候）原因，致使建筑物出現(xiàn)影響正常使用以及承載力、耐久性、整體穩(wěn)定性等不足的問題。 缺陷表現(xiàn)為具有影響正常使用以及承載力、耐久性、完整性的種種隱藏的和顯露的不足。但缺陷往往是產(chǎn)生事故的直接或間接原因，而事故往往是缺陷的質(zhì)變和經(jīng)久不加處理的發(fā)展。,缺陷的分類：,按照嚴(yán)重程度分為： 輕微缺陷：不影響建筑結(jié)構(gòu)的承載力、剛度及其完整性，也不影響建筑結(jié)構(gòu)的近期使用； 使用缺陷:非破壞性缺陷。它不影響建筑結(jié)構(gòu)的承載力，但卻影響其使用功能，或使結(jié)構(gòu)的使用性能下降，有時還會使人產(chǎn)生不舒適感和不安全感。例如，鋼粱較大的撓度等 危及承載力缺陷:由于材料強(qiáng)度不足、構(gòu)件截面尺寸不夠、構(gòu)件殘缺有傷、安裝連接構(gòu)造質(zhì)量低劣等原因直接威脅到構(gòu)件甚至整個結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性。,4,6.1.2 鋼結(jié)構(gòu)缺陷的類型及原因 1鋼材的先天性缺陷 （1）化學(xué)成分缺陷。有害雜質(zhì)對鋼材性能的影響極大，應(yīng)加以嚴(yán)格控制。 （2）冶煉及軋制缺陷。在冶煉和軋制時，因工藝參數(shù)控制不嚴(yán)等產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷。如偏析、夾雜、裂紋、分層、過燒、氣泡、內(nèi)部破裂及機(jī)械性能不合格等。,2.鋼構(gòu)件的加工制作缺陷 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工方法：剪、沖、切、折、割、鉆、鉚、焊、噴、壓、滾、彎、刨、銑、磨、鋸、涂、拋、熱處理等。 1）選材不合格； 2）原材料矯正引起冷作硬化； 3）放樣、號料尺寸超公差； 4）切割邊未加工或達(dá)不到要求； 5）孔徑誤差； 6）沖孔未作加工，存在硬化區(qū)和微裂紋； 7）構(gòu)件冷加工引起鋼材硬化和微裂紋； 8）構(gòu)件熱加工引起的殘余應(yīng)力； 9）表面清洗防銹不合格； 10）鋼構(gòu)件外型尺寸超公差。,3.鋼結(jié)構(gòu)的連接缺陷 （1）螺栓連接缺陷： 1）螺栓孔引起構(gòu)件截面削弱； 2）普通螺栓連接在長期動載作用下的螺栓松動； 3）高強(qiáng)螺栓連接預(yù)應(yīng)力松弛引起的滑移變形； 4）螺栓及附件鋼材質(zhì)量不合格； 5）孔徑及孔位偏差； 6）摩擦面處理達(dá)不到設(shè)計要求。,3.鋼結(jié)構(gòu)的連接缺陷 （2）焊接連接缺陷： 1）焊接材料不合格。一是焊接材料本身質(zhì)量問題；二是焊接材料與母材不匹配；三是不注意焊接材料的烘焙工作。 2）焊接引起焊縫熱影響區(qū)母材的塑性和韌性降低，使鋼材硬化、變脆和開裂。 3）因焊接產(chǎn)生較大的焊接殘余變形。 4）因焊接產(chǎn)生嚴(yán)重的殘余應(yīng)力或應(yīng)力集中。 5）焊縫存在的各種缺陷。如裂紋、焊瘤、邊緣未熔合、未焊透、咬肉、夾渣和氣孔等。,4.鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸、安裝和使用維護(hù)中的缺陷 1）運(yùn)輸過程中引起結(jié)構(gòu)或構(gòu)件較大的變形和損傷； 2）吊裝過程中引起結(jié)構(gòu)或構(gòu)件較大的變形和局部失穩(wěn)； 3）安裝過程中沒有足夠的臨時支撐或錨固，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生較大變形，喪失穩(wěn)定性，甚至傾覆； 4）現(xiàn)場焊接及螺栓連接質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計要求： 5）使用期間由于地基不均勻沉陷、溫度應(yīng)力以及人為因素造成的結(jié)構(gòu)損壞； 6）不能定期維護(hù)，致使結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。,9,6.1.3 鋼結(jié)構(gòu)缺陷的檢測方法 1鋼材化學(xué)成分缺陷的檢測 化學(xué)成分的化驗問題。采用的檢測方法和手段有很多，例如，質(zhì)譜儀、色譜儀、光譜儀、核磁共振等。試驗方法，通常從構(gòu)件中鉆取試樣檢測。 2鋼材冶金及軋制缺陷的檢測 通常用宏觀檢查、機(jī)械法以及超聲波探傷相結(jié)合進(jìn)行檢測。例如氣泡的檢測，首先是宏觀檢查確定部位，然后用手錘敲打凸包處，如聽有聲響便是氣泡。,3. 構(gòu)件加工制作缺陷的檢測 檢測的項目： 1）構(gòu)件的外觀檢查； 2）構(gòu)件制作允許偏差檢查； 3）構(gòu)件制孔的允許偏差檢查； 4）構(gòu)件螺栓孔距的允許偏差檢查； 5）構(gòu)件端部銑平的允許偏差檢查； 6）磨光頂緊的構(gòu)件組裝面檢查； 7）構(gòu)件的裂縫檢查。 檢測方法：敲擊、放大鏡觀察、滴油法等。,4. 鋼結(jié)構(gòu)連接缺陷的檢測 （1）螺栓連接缺陷檢測 1）摩擦面的檢測； 2）擰緊力的檢查； （2）焊縫連接缺陷的檢測 1）外觀檢查、鉆孔檢查； 2）射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷。 各種檢測方法存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，在實際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)對焊縫的質(zhì)量要求綜合選用。,5. 鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸、安裝和使用維護(hù)中的檢測 主要表現(xiàn)為鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的過大變形、失穩(wěn)以及耐久性問題，檢測方法主要依靠人工和測量儀器等。,14,6.1.4 鋼結(jié)構(gòu)缺陷的預(yù)防和處理 鋼結(jié)構(gòu)的加工制作、安裝及使用缺陷的處理與預(yù)防從以下方面入手： 1）設(shè)計人員應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計。合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造將會大大降低應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力、殘余變形等缺陷的影響程度。 2）制造廠應(yīng)重視加工制作過程中各個環(huán)節(jié)工藝的合理性和設(shè)備的先進(jìn)性，盡量減少手工作業(yè)，力求全自動化，并加強(qiáng)質(zhì)量的監(jiān)控和檢驗工作。 3）施工單位應(yīng)重視安裝工序的合理性、人員的高素質(zhì)以及現(xiàn)場質(zhì)量檢驗工作，尤其不可忽視臨時支撐和安全措施。 4）使用單位應(yīng)重視定期維護(hù)工作，保證必要的耐久性。,15,6.2 鋼結(jié)構(gòu)事故種類和表現(xiàn) 5.2.1 鋼結(jié)構(gòu)的材料事故 鋼材和連接材料性能的好壞直接影響到鋼結(jié)構(gòu)的可靠性。 1材料事故的類型及產(chǎn)生的原因 鋼結(jié)構(gòu)材料事故的產(chǎn)生原因如下： 1）鋼材質(zhì)量不合格； 2）鉚釘質(zhì)量不合格： 3）螺栓質(zhì)量不合格； 4）焊接材料質(zhì)量不合格； 5）設(shè)計時選材不合理； 6）制作時工藝參數(shù)不合理，鋼材與焊接材料不匹配； 7）安裝時管理混亂，導(dǎo)致材料混用或隨意替代。,2材料事故的處理方法 常見的是構(gòu)件裂縫，且裂縫純屬材料本身不合格所引起。 （1）認(rèn)真復(fù)檢鋼材及連接材料的各項指標(biāo)，確認(rèn)事故原因； （2）影響構(gòu)件安全的裂縫，采用加固或更換構(gòu)件的處理方法； （3）次要構(gòu)件的裂紋，可采用焊補(bǔ)法處理； （4）構(gòu)件鋼板夾層缺陷的處理： 桁架節(jié)點(diǎn)板夾層處理：承受靜載或間接動載的桁架節(jié)點(diǎn)板，當(dāng)夾層深度小于節(jié)點(diǎn)板厚度的1/3時，將夾層表面鏟成V形坡口，作焊合處理；當(dāng)夾層深度等于或大于節(jié)點(diǎn)板1/3高度時，應(yīng)將節(jié)點(diǎn)板作拆換處理。,2材料事故的處理方法 實腹梁、柱翼緣板夾層處理：當(dāng)承受靜載的實腹梁和實腹柱翼緣有夾層存在時，可按下述方法處理： 在一半長度內(nèi)，夾層總長度（連續(xù)或間斷）不超過200mm，夾層深度不超過翼緣板斷面厚度1/5且不大于100mm時，可不作處理繼續(xù)使用。 當(dāng)夾層總長度超過200mm，而夾層深度不超過翼緣斷面厚度1/5，可將夾層表面鏟成V形坡口予以焊合。 當(dāng)夾層深度未超過翼緣斷面高度1/2時，可在夾層處鉆孔，用高強(qiáng)螺拴擰合，此時應(yīng)驗算鉆孔所削弱的截面；當(dāng)夾層深度超過翼緣斷面高度l2時，應(yīng)將夾層的一邊翼緣板全部切除，另換新板。,2材料事故的處理方法 （5）焊縫裂紋處理 對于焊縫裂紋，原則上要刨掉重焊（用碳孤氣刨或風(fēng)鏟），對承受靜載的實腹梁翼緣和腹板處的焊縫裂紋，可采用在裂紋兩端鉆上止裂孔，并在兩板之間加焊短斜板方法處理，斜板厚度應(yīng)大于裂紋長度。,3事故實例分析 （1）工程及事故概況 車間為5跨單層廠房，全長759m,寬159m，屋蓋共有鋼屋架118榀，40榀屋架下弦角鋼為2L16014，其肢端普遍存在不同程度的裂縫。裂縫深25mm，個別達(dá)20mm，裂縫寬0.10.7mm，長0.510m不等。 （2）原因分析 經(jīng)取樣檢驗，該批角鋼材質(zhì)符合A3F標(biāo)準(zhǔn)，裂縫是在鋼材生產(chǎn)過程中形成；由于現(xiàn)場缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗制度，管理混亂，而將這批鋼材用到工程上。,（3）處理措施 加固原則。加固鋼材截面一律按已知裂縫最大深度20mm加倍考慮，并與屋架下弦中心基本重合，不產(chǎn)生偏心受拉，其斷面按雙肢和對稱考慮，鋼材焊接時，要求不損害原下弦拉桿并要防止結(jié)構(gòu)變形。 加固方法。在下弦兩側(cè)沿長度方向各加焊一根規(guī)格為L90566的不等邊角鋼。,21,6.2.2 鋼結(jié)構(gòu)的變形事故 1. 鋼結(jié)構(gòu)變形類型及產(chǎn)生的原因 變形可分為總體變形和局部變形。 總體變形指整個結(jié)構(gòu)的外形和尺寸發(fā)生變化，出現(xiàn) 彎曲、畸變和扭曲等； 局部變形指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)變形。如構(gòu)件 凹凸變形、端面的角變位、板邊褶皺波浪形變形等。 總體變形與局部變形在結(jié)構(gòu)中可能單獨(dú)出現(xiàn)，更多的是 組合出現(xiàn)。變形都會影響到結(jié)構(gòu)的美觀，降低構(gòu)件的剛度 和穩(wěn)定性，給連接和組裝帶來困難，尤其是附加應(yīng)力的產(chǎn) 生，將嚴(yán)重降低構(gòu)件的承載力，影響到整體結(jié)構(gòu)的安全。,總體變形,畸變,扭曲,彎曲,局部變形,褶皺波浪變形,角變位,凹凸變形,變形原因： （1）鋼材的初始變形 軋制及人為因素等原因，常存在初始變形，尤其是冷彎薄壁型鋼，因此在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作前必須認(rèn)真檢查材料，矯正變形，不允許超出鋼材規(guī)定的變形范圍。 （2）加工制作中的變形 冷加工產(chǎn)生的變形；制作、組裝帶來的變形；焊接變形 （3）運(yùn)輸及安裝過程中產(chǎn)生的變形 運(yùn)輸不小心、安裝工序不合理、吊點(diǎn)位置不當(dāng)、臨時支撐不足、堆放場地不平等均會使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生變形。 （4）使用過程中產(chǎn)生的變形,25,2. 鋼結(jié)構(gòu)變形事故的處理方法 （1）冷加工法矯正變形 冷加工法是用人力或機(jī)械力矯正變形，適用于尺寸較小或變形較小的構(gòu)件（桿件和板件無裂紋、缺口等損傷 ）。 1）手工矯正。采用大錘和平臺為工具，用錘擊使金屬延伸，達(dá)到矯正變形的目的；適合于尺寸較小的零件的局部變形矯正，也可作為機(jī)械矯正和熱矯正的輔助矯正方法。 2）機(jī)械矯正。采用簡單弓架、千斤頂和各種機(jī)械來矯正變形。,手工矯正,機(jī)械矯正,機(jī)械矯正,29,2. 鋼結(jié)構(gòu)變形事故的處理方法 （2）熱加工法矯正變形 采用乙炔氣和氧氣混合燃燒火焰為熱源，對變形結(jié)構(gòu)構(gòu)件加熱，使其產(chǎn)生新的變形，來抵消原有的變形。正確使用火焰和溫度是其關(guān)鍵。加熱方式有點(diǎn)狀加熱、線狀加熱（直線、曲線、環(huán)線、平行線和網(wǎng)線）和三角形加熱。,加熱方式,加熱矯正步驟方法： 了解變形情況，分析變形原因，測量變形大小，做到心中有數(shù)； 確定矯正順序，原則上是先整體變形矯正，后局部變形矯正。角變形先矯正，凹凸變形后矯正； 確定加熱部位和方法，由多人同時加熱效果較佳，有些變形單靠熱矯正有困難，可以借助輔助工具外力來對適當(dāng)部位進(jìn)行拉、壓、撐、頂、打等，加熱位置應(yīng)盡量避開關(guān)鍵部位，避免同一位置反復(fù)多次加熱； 選定合適的火焰和加熱溫度。 矯正后要對構(gòu)件進(jìn)行修整和檢查。,加熱矯正方法,3. 事故實例分析 實例1某橋主梁為24m跨工字形焊接鋼板梁，上翼緣因焊前預(yù)彎量不夠，焊后產(chǎn)生角變形；下翼緣因拼裝不正確，加上焊接引起下翼緣與腹板不垂直。,實例2某鋼板焊接主梁，為工字形截面，在焊接橫向加勁肋和節(jié)點(diǎn)板（水平）之后腹板產(chǎn)生凹凸變形，凹凸范圍為300600，深度36mm 。,35,6.2.3 鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂事故 鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂的特征： 1）破壞時的應(yīng)力常小于鋼材的屈服強(qiáng)度； 2）破壞前沒有顯著變形，吸收能量很小，破壞突然發(fā) 生，無事故先兆； 3）斷口平齊光亮。 1.脆性斷裂產(chǎn)生的原因 1）材質(zhì)缺陷 碳、硫、磷、氧、氮、氫等元素的含量過高時，會降低其塑性和韌性；鋼材的冶金缺陷，如偏析、非金屬夾雜、裂紋及分層等也將降低抵抗脆性斷裂的能力。,36,1.脆性斷裂產(chǎn)生的原因 2）應(yīng)力集中 應(yīng)力集中越嚴(yán)重，鋼材的塑性降低愈多，同時脆性斷裂的危險性也愈大。應(yīng)力集中主要與構(gòu)造細(xì)節(jié)有關(guān)： 在構(gòu)件的設(shè)計和制作中，孔洞、刻槽、凹角、缺口、裂紋以及截面突變等缺陷在所難免。 焊接結(jié)構(gòu)的各種缺陷將成為斷裂源。 3）使用環(huán)境 當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)受到較大的動載作用或者處于較低的環(huán)境溫度下工作時，鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞的可能性增大。,37,1.脆性斷裂產(chǎn)生的原因 4）鋼板厚度 鋼板越厚，脆性破壞傾向愈大。“層狀撕裂”問題應(yīng)引起高度重視。 綜上所述，材質(zhì)缺陷、應(yīng)力集中、使用環(huán)境以及鋼板厚度是影響脆性斷裂的主要因素。在動載作用下，嚴(yán)重的應(yīng)力集中加上材質(zhì)缺陷、殘余應(yīng)力、冷卻硬化、低溫環(huán)境等往往是導(dǎo)致脆性斷裂的根本原因。,38,2. 脆性斷裂的防治措施 1）合理選擇鋼材 根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法以及工作環(huán)境選擇鋼種；尤其是在低溫下承受動載的重要的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇韌性高的材料。 2）合理設(shè)計 選擇合理的結(jié)構(gòu)型式；避免或減少應(yīng)力集中；提高接頭或節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計值；滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定的前提下盡量采用薄鋼板；避免焊縫集中布置或重疊交叉。,39,2. 脆性斷裂的防治措施 3）合理制作和安裝 采取合理的制作安裝工藝以減少各種缺陷及焊接殘余應(yīng)力、裝配應(yīng)力。 4）合理使用及時維修 按照設(shè)計規(guī)定的用途、荷載及環(huán)境使用，不得隨意變更。建立必要的維修措施，監(jiān)視缺陷或損壞情況，以防患于未然。 事故實例,40,6.2.4 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞事故 1.脆疲勞破壞的概念及其影響因素 疲勞破壞是指鋼材或構(gòu)件在反復(fù)交變荷載作用下在拉力遠(yuǎn)低于抗拉極限強(qiáng)度甚至屈服點(diǎn)的情況下發(fā)生的一種破壞。 疲勞破壞的特點(diǎn)： 1）結(jié)構(gòu)在反復(fù)交變動載作用下的破壞，而塑性破壞和脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)在靜載作用下的破壞。 2）疲勞破壞經(jīng)歷了裂縫起始、擴(kuò)展和斷裂的漫長過程，而脆性破壞往往是無任何先兆的情況下突然發(fā)生。,3）疲勞破壞斷口一般分為疲勞區(qū)和瞬斷區(qū)。疲勞區(qū)記載了裂縫擴(kuò)展和閉合的過程，顏色發(fā)暗，表面有較清楚的疲勞紋理，呈沙灘狀或波紋狀。瞬斷區(qū)反映了當(dāng)構(gòu)件截面因裂縫擴(kuò)展削弱到一臨界尺寸時脆性斷裂的特點(diǎn)，瞬斷區(qū)晶粒粗亮。,2.影響疲勞破壞的因素 （1）應(yīng)力幅 （2）構(gòu)造細(xì)節(jié) 鋼材的內(nèi)部缺陷，如偏折、夾渣；制作過程中剪切、沖孔、切割；焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力； 焊接缺陷，如：氣孔、夾渣、咬肉、未焊透等； 非焊接結(jié)構(gòu)的孔洞、刻槽等；構(gòu)件的截面突變； 結(jié)構(gòu)由于安裝、溫度應(yīng)力、不均勻沉降等產(chǎn)生的附加應(yīng)力集中。 （3）循環(huán)次數(shù) n=5106次視為各類構(gòu)件和連接疲勞極限對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。,3.提高和改善疲勞性能的措施 1）精心選材。用于動載作用的鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，嚴(yán)格控制鋼材的缺陷，選擇優(yōu)質(zhì)鋼材； 2）精心設(shè)計。力求減少截面突變，避免焊縫集中，使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造合理化； 3）精心制作。使缺陷、殘余應(yīng)力等減小到最低程度； 4）精心施工。避免附加應(yīng)力集中的影響； 5）正確使用。避免對結(jié)構(gòu)的局部損害，如劃痕、開孔、撞擊等； 6）修補(bǔ)焊縫。,修補(bǔ)焊縫的方法： 對接焊縫，磨去焊縫表面余高部分。如果焊縫內(nèi)部無顯著缺陷，疲勞強(qiáng)度可以提高到和母材相同。 角焊縫，應(yīng)打磨焊趾。不僅磨去切口，還要將板磨去0.5mm，以除去侵入的焊渣。打磨后的表面不應(yīng)有明顯刻痕。 對于角焊縫的趾部，用氣體保護(hù)鎢弧重新熔化，可以起到消除切口的作用。 在焊縫及附近金屬表層采用噴射金屬丸?；蝈N擊等方法引入殘余壓應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力和錘擊造成的冷工硬化均會使疲勞強(qiáng)度提高，同時尖銳切口也被緩減。,4. 事故實例 某廠均熱爐車間15m變截面鉚接吊車梁。1987年9月29日，該梁的右端變截面處的下翼緣和腹板發(fā)生突發(fā)性撕裂，斷口處于變截面轉(zhuǎn)折處。 吊車梁的使用（即吊車運(yùn)行）情況調(diào)查結(jié)果：車間廠房跨度36m，車間內(nèi)設(shè)置了50t鉗式吊車3臺，太原產(chǎn)2050t鉗式吊車1臺。自1960年7月投產(chǎn)至吊車梁發(fā)生破壞，已使用27年。該車間鉗式吊車停止運(yùn)行時間是：每次小修（每周一次）停48h，每次中修（年度檢修）停1018d，每次大修（每次一周期）停30d。平均每年工作326d，每天實際工作17h，每小時運(yùn)行15次，荷載循環(huán)次數(shù)為2.245106次。吊車無超負(fù)荷使用史，吊車梁發(fā)生破壞時的起重量為13.5t。,調(diào)查數(shù)據(jù)表明：該變截面吊車梁已超過疲勞壽命。但就一般情況而言，荷載循環(huán)次數(shù)達(dá)到了疲勞周期不一定就產(chǎn)生損傷，況且因該梁正處在運(yùn)行的極端位置，吊車運(yùn)行只能到達(dá)梁的中部，可梁的破壞部位不是在吊車運(yùn)行最頻繁的43號柱那一端，而是在受力狀態(tài)較好的45號柱一端。 破壞原因有二：一是在制作安裝時，因鉚釘孔不對位而被擴(kuò)大，減少了母材的受力面積；二是組成該吊車梁下翼緣的主體金屬有晶格缺陷。由于這些原因，降低了構(gòu)件的強(qiáng)度和疲勞壽命。,47,6.2.5 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故 1.鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的類型及產(chǎn)生的原因 鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故可分為整體失穩(wěn)事故和局部失穩(wěn)事故兩大類。 （1）整體失穩(wěn)事故原因 1）設(shè)計錯誤。計算簡圖及支座約束與實際不符，設(shè)計安全儲備過小等 。 2）制作缺陷。初彎曲、初偏心、熱軋冷加工以及焊接產(chǎn)生的殘余變形等。 3）臨時支撐不足。安裝過程中，臨時支撐設(shè)置不合理或者數(shù)量不足，造成構(gòu)件失穩(wěn)，致使結(jié)構(gòu)倒塌或傾覆。,4）使用不當(dāng)。隨意改造使用功能；改變構(gòu)件的受力狀態(tài)；由積灰或增加懸吊設(shè)備引起的超載；基礎(chǔ)的不均勻沉降和溫度應(yīng)力引起的附加變形；意外的沖擊荷載等。 （2）局部失穩(wěn)事故原因 1）設(shè)計錯誤。忽視甚至不進(jìn)行構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗算。 2）構(gòu)造不當(dāng)。局部受集中力較大的部位，原則上應(yīng)設(shè)置構(gòu)造加勁肋；為了保證構(gòu)件在運(yùn)輸過程中不變形也須設(shè)置橫隔、加勁肋等。 3）原始缺陷。包括鋼材的負(fù)公差嚴(yán)重超規(guī)，制作過程中焊接等工藝產(chǎn)生的局部鼓曲和波浪形變形等 。 4）吊點(diǎn)位置不合理。,2.鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的處理與防范 失穩(wěn)事故應(yīng)以防范為主，應(yīng)做好以下工作： （1）設(shè)計人員應(yīng)強(qiáng)化穩(wěn)定設(shè)計理念 1）結(jié)構(gòu)的整體布置必須考慮整個體系及其組成部分的穩(wěn)定性要求。 2）計算簡圖必須符合實際受力情況。 3）構(gòu)件的穩(wěn)定計算與細(xì)部構(gòu)造的穩(wěn)定計算必須配合，尤其要有強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的概念。 4）強(qiáng)度問題通常采用一階分析，而穩(wěn)定問題原則上應(yīng)采用二階分析。 5）疊加原理不適用于穩(wěn)定問題。 6）應(yīng)考慮整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的相關(guān)影響。,（2）制作應(yīng)力求減少缺陷 通過合理的工藝和質(zhì)量控制措施將初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力等缺陷減少到最低程度 。 （3）施工應(yīng)確保安裝過程中的安全 制定科學(xué)的施工組織設(shè)計，采用合理的吊裝方案，精心布置臨時支撐，以防止鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中失穩(wěn)，確保結(jié)構(gòu)安全。 （4）正確使用鋼結(jié)構(gòu)建筑物 。 定期檢查和維護(hù)；當(dāng)需要進(jìn)行工藝流程和使用功能改造時，必須與設(shè)計單位或有關(guān)專業(yè)人士協(xié)商，不得擅自增加負(fù)荷或改變構(gòu)件受力。,3.事故實例分析 （1）事故概況 河北省某廠鑄造車間，總長83m，分三期建成。第一期工程于1983年10月完工，共15間，開間3.3m。為鋼筋混凝土吊車梁，三鉸拱式輕鋼屋架。屋面為輕鋼檁條，上鋪木望板，掛水泥瓦。屋架下弦標(biāo)高10.5m，磚墻承重。第二期工程為由原車間向東接建8個開間，開間尺寸4m，屋架下弦標(biāo)高8.25m。其余同第一期工程。第三期工程于84年7月開始在室內(nèi)增建兩排鋼筋混凝土柱，橫向柱距16.5m，縱向柱距與廠房開間相同。南排柱緊靠廠房南墻，柱頂為現(xiàn)澆鋼筋混凝土吊車梁，設(shè)3t和5t吊車各一臺。86年1月投入使用。,3.事故實例分析 （1）事故概況(續(xù)) 該工程未經(jīng)正式設(shè)計單位設(shè)計，未考慮抗震設(shè)計，并由農(nóng)村非正式施工單位施工。1987年11月27日下午2時10分，廠房中工人正在澆注鐵水，突然有一根屋架上弦支撐的圓鋼掉下來，接著發(fā)現(xiàn)屋架下弦嚴(yán)重下垂從室外看屋蓋上弦三角形變?yōu)椤叭恕弊中?。?時52分，屋頂開始掉灰塵，緊接著整個屋蓋23榀三鉸拱式輕鋼屋架全部倒塌。頂部部分墻體倒塌。幸運(yùn)的是車間人員發(fā)現(xiàn)險情后，迅速撤出，只有3人受輕傷，未造成重大傷亡。但造成嚴(yán)重的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。,平面圖,剖面圖,（2）事故原因 1）屋架選型不當(dāng)。該廠房為熱加工車間，20m跨。內(nèi)設(shè)吊車2臺，處于7度地震區(qū)。廠房跨度大，有振動荷載，并且處于高溫工作環(huán)境。屋蓋結(jié)構(gòu)選用了單榀和整體剛度都很差的三鉸拱式輕鋼屋架，與有關(guān)規(guī)定不符。 2）屋架上弦斜梁不滿足整體穩(wěn)定性要求。屋架上弦斜梁采用空間桁架式結(jié)構(gòu)，三角形組合截面，上弦為雙角鋼，下弦為單根圓鋼。原鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TJ17-74）中規(guī)定：“三鉸拱屋架的三角形截面組合斜梁，為了滿足整體穩(wěn)定性要求，其截面高度與斜梁長度的比值不得小于l/18?！睂嶋H工程中，一般采用1/15左右。而本工程斜梁高跨比只有0.5/10.8=1/21.6，不能滿足整體穩(wěn)定性要求。,（2）事故原因(續(xù)) 3）屋架斜梁上、下弦桿強(qiáng)度不足。屋架斜梁上弦采用2505角鋼，下弦采用120圓鋼。經(jīng)復(fù)算，在正常荷載作用下，上弦壓應(yīng)力為183.1MPa，下弦拉應(yīng)力達(dá)363.5MPa，均大于其允許應(yīng)力。 4）不應(yīng)采用磚墻承重方案。第一期工程屋架下弦標(biāo)高10.5m，這樣高的廠房，采用帶壁垛磚墻承重是不安全的。而應(yīng)采用鋼筋混凝土柱。 5）未做抗震設(shè)計。該工程位于7度地震區(qū)，而設(shè)計中未考慮抗震設(shè)防。,（3）教訓(xùn) 1）結(jié)構(gòu)選型應(yīng)十分謹(jǐn)慎。對有振動荷載或跨度大于18m的建筑不要選用輕鋼屋架。凡柱高在9m或9m以上的，不論房屋跨度大小和承重大小均不得采用磚排架承重方案。 2）嚴(yán)禁在施工和使用中超載，嚴(yán)禁隨意在屋架上增加荷載。對積灰較多的廠房，除設(shè)計時必須按規(guī)定考慮積灰荷載外，使用中應(yīng)指定專人負(fù)責(zé)，定期進(jìn)行清掃，以防給屋架增加負(fù)擔(dān)。 3）應(yīng)加強(qiáng)對建筑設(shè)計施工的管理。嚴(yán)禁無證設(shè)計、無證施工。,57,6.2.6 鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕事故 生銹腐蝕將會引起構(gòu)件截面減小，承載力下降，因腐蝕產(chǎn)生的“銹坑”將使鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞的可能性增大。再也將影響鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。 1銹蝕的類型及影響因素 （1）銹蝕的類型 1）化學(xué)腐蝕。鋼材直接與大氣或工業(yè)廢氣中含有的氧氣、碳酸氣、硫酸氣或非電介質(zhì)液體發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。 2）電化學(xué)腐蝕。鋼材內(nèi)部有其他金屬雜質(zhì)，具有不同的電極電位，在與電介質(zhì)或水、潮濕氣體接觸時，產(chǎn)生原電池作用，使鋼材腐蝕。,1銹蝕的類型及影響因素 （2）不同環(huán)境下的腐蝕因素分析 1）大氣腐蝕。由于大氣中水和氧等物質(zhì)的作用而引起的腐蝕。主要影響因素為濕度、降水量、日照量、大氣污染物質(zhì)等。 2）淡水腐蝕。影響因素有溫度、氧氣濃度等。淡水中常溶解有鈣、鎂等礦物，其含量高時，稱為硬水。在硬水中，鋼材的腐蝕速度有所減慢。 3）酸腐蝕。主要影響因素為氫離子濃度、酸的類型和溫度等。 4）堿腐蝕。主要影響因素有溫度、壓力、PH值和堿金屬種類（一般認(rèn)為堿金屬的原子量越大，腐蝕性越強(qiáng)）等。 5）鹽類腐蝕。主要影響因素有鹽的種類、濃度、溫度等。 6）海水腐蝕。主要影響因素有與海水介質(zhì)的接觸深度、海水流速、海生物、海水溫度等。 7）土壤腐蝕。影響因素有土壤性質(zhì)（孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)、含水量、電阻率、酸堿度、含鹽量微生物等。,2鋼結(jié)構(gòu)銹蝕處理及防腐方法 （1）新建鋼結(jié)構(gòu)防銹 1）涂料敷蓋法。即在鋼材表面敷蓋一層涂料，使之與大氣隔絕，以防銹蝕。 2）金屬敷蓋法。即在鋼材表面鍍上一層其他金屬。所鍍金屬可使鋼材與其他介質(zhì)隔絕，也可能是鍍層金屬的電極電位更低于鐵，起到犧牲陽極（鍍層金屬）保護(hù)陰極（鐵）的作用。,（2）原有鋼結(jié)構(gòu)銹蝕處理 1）銹蝕程度的分級和檢查 銹蝕程度分級。 A級良好。構(gòu)件基本沒有銹蝕，涂層漆膜還有光澤；個別構(gòu)件可有少量銹點(diǎn)。 B級局部銹蝕。構(gòu)件基本沒有銹蝕，面漆有局部脫落，底漆完好；個別構(gòu)件有少量銹點(diǎn)，或構(gòu)件邊緣、死角、縫隙、隱蔽部分有銹蝕。 C級較嚴(yán)重。構(gòu)件局部銹蝕，面漆脫落面積達(dá)20左右，底漆也有局部銹透，其基本金屬完好，應(yīng)進(jìn)行維護(hù)準(zhǔn)備工作。 D級嚴(yán)重。構(gòu)件銹蝕面積達(dá)40左右，面漆大片脫落，但基本金屬沒有破壞，應(yīng)立即進(jìn)行維護(hù)工作。 E級特別嚴(yán)重?；窘饘僖延袖P蝕，應(yīng)立即測量構(gòu)件斷面削弱程度，計算是否需要更換或采取加固等措施。,1）銹蝕程度的分級和檢查 重點(diǎn)檢查部位 根據(jù)腐蝕理論及實際經(jīng)驗，除一般檢查外，下列構(gòu)件或部位應(yīng)嚴(yán)格檢查：埋入地下的地面附近部位；可能存積水或遭受水蒸汽侵蝕部位；干濕交替構(gòu)件；易積灰且濕度大的構(gòu)件；組合截面凈空小于12mm，難以涂刷油漆的部位；屋蓋結(jié)構(gòu)、柱與屋架節(jié)點(diǎn)、吊車梁與柱節(jié)點(diǎn)、鋼懸索節(jié)點(diǎn)部位。,（3）鋼結(jié)構(gòu)涂層腐蝕調(diào)查內(nèi)容 1）工程概況。包括結(jié)構(gòu)形式、廠房環(huán)境情況（如腐蝕介質(zhì)種類、濃度，年平均相對濕度，氣溫，廠房內(nèi)熱源溫度，是否有水蒸汽、粉塵等）。 2）腐蝕級別的確定。根據(jù)有關(guān)評價腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行外觀、銹蝕率、附著力調(diào)查，然后將不同構(gòu)件或不同部位的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行評級，為制定防銹方案提供依據(jù)。 3）腐蝕情況分析。包括引起不同程度腐蝕的原因、構(gòu)造的合理性、涂料選擇的合理性等的分析。 4）防銹方案設(shè)計。根據(jù)以上幾項內(nèi)容和相關(guān)規(guī)范，提出具體的防銹方案，包括構(gòu)造處理、涂料的選擇、涂層厚度的確定及具體施工方案。,3.事故實例分析 （1）事故概況 上海某研究所食堂工程為17.5m直徑圓形磚墻加扶壁柱承重的單層建筑。檐口高為6.4m，中部內(nèi)環(huán)部分高4.5m。屋蓋采用17.5m直徑的懸索結(jié)構(gòu)，主要由沿墻鋼筋混凝土外環(huán)和型鋼內(nèi)環(huán)（直徑3m），以及90根直徑為7.5mm的鋼絞索組成，將預(yù)制鋼筋混凝土異形板搭接于鋼絞索上，板縫內(nèi)澆筑配筋混凝土，屋面鋪油氈防水層，板底粉刷。于1960年建成交付使用。 1983年9月22日20時30分左右，值班人員突然聽見一悶聲巨響，隨之大量塵垢從食堂內(nèi)涌出，屋蓋整體塌落。90根鋼絞索全部沿周邊折斷，門窗大部分被振裂，周圍磚墻和圈梁均無塌陷損壞跡象。因倒塌發(fā)生在晚上，無人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。,平面圖,剖面圖,（2）事故原因分析 屋蓋的塌落主要與鋼絞索的銹蝕有關(guān)，而鋼絞索的銹蝕除與屋面滲水有關(guān)外，另一主要原因是食堂的水蒸汽上升，上部通風(fēng)不良，因而加劇了鋼絞索的大氣電化學(xué)腐蝕和某些化學(xué)腐蝕（如鹽類腐蝕）。由于腐蝕，鋼筋斷面減小，承載能力降低，當(dāng)超過極限承載能力后斷裂。 （3）結(jié)論及教訓(xùn) 1）懸索結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工經(jīng)驗不足，尤其是對鋼索的保護(hù)防銹、夾頭處理以及鋼索通過鋼筋混凝土外環(huán)的節(jié)點(diǎn)和灌漿等方面的問題，還需進(jìn)一步研究改進(jìn)。 2）對于實驗性建筑應(yīng)指定專門人員作長時間的觀察，該工程如能及早發(fā)現(xiàn)鋼絞索銹蝕的嚴(yán)重情況，就可能防止屋蓋倒塌。,66,6.2.7 鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)事故 1.火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)的危害 耐火性差是鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)很容易遭受破壞而倒塌。如美國紐約世貿(mào)中心大樓的。 2.鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的失效分析 200以下時變化不大；250左右時，鋼材的抗拉強(qiáng)度反而有較大提高，而塑性和沖擊韌性下降 （藍(lán)脆現(xiàn)象）。超過300時，鋼材的、和開始顯著下降，而塑性伸長率顯著增大，鋼材產(chǎn)生徐變。當(dāng)溫度超過400時，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量急劇降低。600時，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量均接近于零，承載力幾乎完全喪失。,溫度對鋼材力學(xué)性能的影響,鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中失效受到各種因素的影響:例如鋼材的種類、規(guī)格、荷載水平、溫度高低、升溫速率、高溫蠕變等。對于承重結(jié)構(gòu)來說，火災(zāi)時鋼結(jié)構(gòu)的損傷程度還取決于室內(nèi)溫度和火災(zāi)持續(xù)時間，而火災(zāi)溫度和作用時間又與此時室內(nèi)可燃性材料的種類及數(shù)量、可燃性材料燃燒的特性、室內(nèi)的通風(fēng)情況、墻體及吊頂?shù)鹊膫鳠崽匦砸约爱?dāng)時氣候情況(季節(jié)、風(fēng)的強(qiáng)度、風(fēng)向等)等因素有關(guān)。 火災(zāi)屬意外性的突發(fā)事件，一旦發(fā)生，現(xiàn)場較為混亂，撲救時間的長短也直接影響到鋼結(jié)構(gòu)的破壞程度。,3. 鋼結(jié)構(gòu)的防火方法 （1）緊貼包裹法 采用防火涂料緊貼鋼結(jié)構(gòu)的外露表面，將鋼構(gòu)件包裹起來。 （2）空心包裹法 采用防火板、石膏板、蛭石板、硅酸鈣蓋板、珍珠巖板將鋼構(gòu)件包裹起來。 （3）實心包裹法 一般采用混凝土，將鋼結(jié)構(gòu)澆注在其中。 鋼結(jié)構(gòu)防火方法的選擇以構(gòu)件的耐火極限要求為依據(jù)，防火涂料是最為流行的做法。,鋼構(gòu)件的防火方法,4. 鋼結(jié)構(gòu)事故實例 （1）事故經(jīng)歷 8:45，飛機(jī)撞上紐約世界貿(mào)易中心北樓，引起大火，9:03第二架飛機(jī)撞入世界貿(mào)易中心南樓，發(fā)生爆炸。10:05南樓轟然倒塌；10:28北樓坍塌。,（2）工程概況 紐約世貿(mào)中心由兩幢高110層（1#北樓417m，2#南樓415m）的方形塔樓及四幢裙房組成。地下6層，地上110層。平面的外輪廊尺寸為63.5m63.5m，核心區(qū)的平面尺寸為42m42m，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.66m。采用框筒體系，外圈為密柱深梁框筒，由240根鋼柱組成，柱距1.02m；內(nèi)部核心區(qū)為47根鋼柱形成的框架，用以承擔(dān)重力荷載?？蛲仓捎?50mm450mm方管，從上到下，外形尺寸不變，靠改變壁厚來適應(yīng)不同的受力條件?？傆娩摿繛?9.2萬噸，為了增強(qiáng)框筒的豎向抗剪強(qiáng)度，利用每隔32層所布置的設(shè)備樓層，沿框筒各設(shè)置了一道7m高的鋼板圈梁。結(jié)構(gòu)動力特性分析表明：其基本周期為10s，極大風(fēng)速下結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的側(cè)移值為1.02m。自1973年建成的統(tǒng)計分析表明，記錄到陣風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移最大值為0.46m，表明結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移角僅為1/890，足以說明框筒體系抗側(cè)力的高效性能。,（3）倒塌原因分析 1）倒塌過程。 飛機(jī)撞擊形成的巨大水平?jīng)_擊力造成部分梁柱斷裂，形成薄弱層或薄弱部位； 飛機(jī)所撞擊的樓層起火燃燒，鋼材軟化，該樓層喪失承載力致使上部樓層坍落； 上部塌落的樓層產(chǎn)生巨大的豎向沖擊力，致使下面樓層結(jié)構(gòu)難以承受，于是發(fā)生整體失穩(wěn)或斷裂，層層垂直垮塌。,2）倒塌原因。大樓的倒塌原因，是復(fù)合型的。 外因。飛機(jī)撞擊純屬意外。大樓歷經(jīng)30年風(fēng)雨依然完好。撞擊大樓的波音757飛機(jī)起飛重量104t，波音767飛機(jī)起飛重量156t，飛行速度約每小時1000km。在如此巨大的沖擊下，大樓晃動近1m但未立即傾倒，無論內(nèi)部還是外部并無嚴(yán)重塌落，充分證明大樓原結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工沒有問題。 內(nèi)因。鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差是致命的缺陷。撞擊北樓的飛機(jī)裝載51t燃油，撞擊南樓的飛機(jī)裝載35t燃油。盡管世貿(mào)中心大樓的鋼結(jié)構(gòu)采用了防火涂料等防護(hù)物，但在如此罕見的熊熊大火面前也無能為力。在爆炸、斷電、消防系統(tǒng)失靈、火勢無法及時撲滅的情況下，高溫使其軟化，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌落。,3）幾點(diǎn)解釋。大樓的倒塌原因，是復(fù)合型的。 飛機(jī)撞擊大樓中上部，之所以下部例塌，是由于上部樓層塌落后產(chǎn)生巨大的豎向沖擊力。 大樓之所以垂直塌落而非傾倒，不是水平?jīng)_擊力過大導(dǎo)致傾覆的問題，而是豎向沖擊力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)或斷裂。 大樓在撞擊后持續(xù)1h左右倒塌，是由于樓層在火災(zāi)的作用下鋼材軟化、防火涂料失效有一個過程。 北樓先撞，南樓先塌。撞擊北樓的飛機(jī)重量156t，燃油51t。，持續(xù)1小時43分倒塌；而撞擊南樓的飛機(jī)重量104t，燃油35t，持續(xù)1小時零2分倒塌；南樓先塌的主要原因是南樓被撞擊的部位較低，且位于外緣并帶有撕裂性質(zhì)。 大樓的設(shè)計和施工不存在致命缺陷，當(dāng)今世界上任何一幢超高層全鋼結(jié)構(gòu)建筑遭此襲擊，恐怕“無一幸免”。,76,6.3 鋼結(jié)構(gòu)的加固方法 6.3.1 鋼結(jié)構(gòu)加固的基本要求 1.鋼結(jié)構(gòu)加固的一般規(guī)定 1）鋼結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)根據(jù)可靠性鑒定所評定的可靠性等級和結(jié)論進(jìn)行。 2）加固后鋼結(jié)構(gòu)的安全等級應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重程度、結(jié)構(gòu)的重要性（等級）和加固后建筑物功能是否改變、結(jié)構(gòu)使用年限確定。 3）鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計應(yīng)與實際施工方法緊密結(jié)合，并應(yīng)采取有效措施保證新增截面、構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，形成整體共同工作。,4）對于高溫、腐蝕、冷脆、振動、地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞，提出其相應(yīng)的處理對策后再進(jìn)行加固。 5）對于可能出現(xiàn)傾斜、失穩(wěn)或倒塌等不安全因素的鋼結(jié)構(gòu)，在加固之前，應(yīng)采取相應(yīng)的臨時安全措施，以防止事故的發(fā)生。 6）在加固施工過程中，若發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位有未預(yù)及損傷或嚴(yán)重缺陷時，應(yīng)立即停止施工，會同加固設(shè)計者采取有效措施后方能繼續(xù)施工。 7）鋼結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)不損傷原結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆除或更換。,2.鋼結(jié)構(gòu)加固的計算原則 1）計算簡圖應(yīng)與實際情況相符，并應(yīng)適當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)實際工作中的有利因素，如結(jié)構(gòu)的空間作用、新結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的共同工作等。 2）結(jié)構(gòu)的驗算截面，應(yīng)考慮損傷、缺陷、裂縫和銹蝕等不利影響。計算中尚應(yīng)考慮加固部分與原構(gòu)件協(xié)同工作的程度、加固部分可能的應(yīng)變滯后的情況等，對其總的承載能力予以適當(dāng)折減。 3）承載能力驗算時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)實際工作中的荷載偏心、結(jié)構(gòu)變形和局部損傷、施工偏差以及溫度作用等不利因素使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加內(nèi)力。 4）加固后使結(jié)構(gòu)重量增加或改變原結(jié)構(gòu)傳力路徑時，應(yīng)對建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行驗算。 5）對焊接結(jié)構(gòu)，加固時原有構(gòu)件或連接的實際應(yīng)力值應(yīng)小于0.55fy，且不得考慮加固構(gòu)件的塑性變形發(fā)展；非焊接鋼結(jié)構(gòu)加固時，其實際應(yīng)力值應(yīng)小于0.7fy。當(dāng)不滿足時，不得在負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行加固。,3.鋼結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計與施工 （1）結(jié)構(gòu)加固設(shè)計應(yīng)具備的基本資料 1）原結(jié)構(gòu)的竣工圖（包括更改圖）和驗收記錄。 2）原結(jié)構(gòu)的計算書； 3）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破損情況檢查報告； 4）原結(jié)構(gòu)的建造歷史和使用情況； 5）原鋼材材質(zhì)報告或現(xiàn)場材質(zhì)檢驗報告。若缺乏原始資料，應(yīng)在原結(jié)構(gòu)上取樣檢驗； 6）原結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、安裝驗收記錄； 7）現(xiàn)有實際荷載和加固后新增加荷載的數(shù)據(jù)等。,3.鋼結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計與施工 （2）加固方案的選擇 加固的方法有：改變結(jié)構(gòu)的計算圖形、加大構(gòu)件截面、連接的加固、阻止裂紋擴(kuò)展等。 鋼結(jié)構(gòu)加固一般采用焊接連接和高強(qiáng)螺栓連接，有時亦可采用焊縫和高強(qiáng)螺栓混合連接。 1）焊接結(jié)構(gòu)的加固以采用焊接連接為主，應(yīng)避免仰焊。當(dāng)施焊困難且零件的接觸面較緊貼時，可采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接。 2）對輕鋼結(jié)構(gòu)桿件，因截面過小，在負(fù)荷狀態(tài)下不得采用電焊加固。 3）在受拉構(gòu)件中，加固焊縫的方向應(yīng)與構(gòu)件中拉應(yīng)力的方向一致。,3.鋼結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計與施工 （2）加固的設(shè)計 1）減輕荷載。改用輕質(zhì)材料及其他減少荷載的方法。 2）改變結(jié)構(gòu)的靜力計算簡圖。采取措施使結(jié)構(gòu)發(fā)生符合設(shè)計意圖的內(nèi)力重分布，以調(diào)整原有結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，改善被加固構(gòu)件的受力情況。 3）對原結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面和連接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 注意： 加固方案不僅要技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、加固效果良好，還要盡可能不影響生產(chǎn)，方便施工。 加固設(shè)計應(yīng)遵守鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。 盡量減少加固工作量，充分發(fā)揮原有結(jié)構(gòu)的潛力。 負(fù)荷狀態(tài)下加固時，首先應(yīng)盡量減輕施工荷載，減輕或卸掉活荷載，以減小原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的應(yīng)力。,3.鋼結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計與施工 （4）鋼結(jié)構(gòu)加固的施工 1）卸荷加固。結(jié)構(gòu)損壞較嚴(yán)重或構(gòu)件及接頭的應(yīng)力很高，需卸荷降低應(yīng)力。 2）從原結(jié)構(gòu)上拆下加固或更新部件。 3）負(fù)荷加固 。 注意： 加固時，必須保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定; 清除原結(jié)構(gòu)表面的灰塵，刮除油漆、銹跡，以利施工 ; 先修復(fù)結(jié)構(gòu)上的缺陷、損傷（如位移、變形、撓曲等），然后才進(jìn)行加固。 在負(fù)荷狀態(tài)下用焊接連接加固時，應(yīng)注意以下問題：, 應(yīng)慎重選擇焊接參數(shù)（如電流、電壓、焊條直徑、焊接速度等），盡可能減小焊接時輸入的熱能量，避免由于焊接輸入的熱量過大，而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失過多的承載能力。 確定合理的焊接順序，以便焊接應(yīng)力盡可能減小。 先加固最薄弱的部位和應(yīng)力較高的桿件。 凡能立即起到補(bǔ)強(qiáng)作用，并對原構(gòu)件強(qiáng)度影響鉸小的部位先施焊，如加固桁架的腹桿時，應(yīng)先焊好桿件兩端節(jié)點(diǎn)的焊縫，然后再焊中段焊縫；如加大角焊縫的厚度時，必須從焊縫受力較低的部位開始施焊； 采用焊接加固的環(huán)境溫度應(yīng)在0以上，最好在大于或等于+10的環(huán)境下施焊。,84,6.3.2 鋼結(jié)構(gòu)的加固方法 1.結(jié)構(gòu)的卸荷方法 （1）梁式結(jié)構(gòu) 增設(shè)臨時支柱或組成撐桿式結(jié)構(gòu)張緊其拉桿對屋架進(jìn)行改變應(yīng)力卸荷。由于屋架從兩個支點(diǎn)變?yōu)槎嘀c(diǎn)，所以需進(jìn)行驗算，特別應(yīng)注意應(yīng)力符號改變的桿件。臨時支承節(jié)點(diǎn)處的局部受力情況也應(yīng)進(jìn)行核算；采取臨時措施防止支承點(diǎn)在平面外失穩(wěn)。,屋架卸荷示意,（2）柱子 一般采用設(shè)置臨時支柱卸去屋架和吊車梁的荷載。,（2）柱子 當(dāng)下段柱需要加固甚至截斷拆換時，一般采用“托梁換柱”的方法，此時應(yīng)對兩側(cè)相鄰柱進(jìn)行承載力驗算。,（3）托架 可利用吊車梁作為支點(diǎn)使托架卸荷。應(yīng)驗算吊車梁得強(qiáng)度。,89,2.改變結(jié)構(gòu)計算圖形加固法 采用改變荷載分布狀況、傳力路徑、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)同工作等措施對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。 應(yīng)對被直接加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力和正常使用極限狀態(tài)的計算外，尚應(yīng)對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的驗算，并采取切實可行的合理的構(gòu)造措施，保證其安全。 改變結(jié)構(gòu)計算簡圖加固的途徑：增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度；改變受彎構(gòu)件截面內(nèi)力；改變桁架桿件內(nèi)力；與其他結(jié)構(gòu)共同工作形成混合結(jié)構(gòu)，以改善受力情況。,（1）增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度法 1）增加屋蓋支撐以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的空間剛度。,增設(shè)屋蓋支撐,（1）增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度法 2）加設(shè)支撐增加結(jié)構(gòu)剛度，或調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)的動力特性。,增設(shè)支撐構(gòu)件,（1）增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度法 3）增設(shè)支撐或輔助桿件使構(gòu)件的長細(xì)比減少以提高其穩(wěn)定性。,增設(shè)桿件,（1）增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度法 4）在排架結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)加強(qiáng)某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其它柱列負(fù)荷。,加強(qiáng)一列柱剛度,（1）增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度法 5）塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊的拉索以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。,設(shè)置拉桿加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度,（2）改變受彎構(gòu)件截面內(nèi)力法 1）改變荷載的分布情況，例如將一個集中荷載轉(zhuǎn)化為多個集中荷載。 2)改變端部的支承情況，例如變鉸接為剛接.,鉸接為剛接,（2）改變受彎構(gòu)件截面內(nèi)力法 3）增加中間支座，或?qū)珊喼ЫY(jié)構(gòu)的端部連接起來使之成為連續(xù)結(jié)構(gòu)。,支座處由鉸接改為剛接,（2）改變受彎構(gòu)件截面內(nèi)力法 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式結(jié)構(gòu)。,構(gòu)件變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu),（2）改變受彎構(gòu)件截面內(nèi)力法 6）施加預(yù)應(yīng)力。,施加預(yù)應(yīng)力,（3）改變桁架桿件內(nèi)力法 1）增設(shè)撐桿變桁架為撐桿式構(gòu)架。,桁架變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu),（3）改變桁架桿件內(nèi)力法 2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿。,桁架中加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿,（3）改變桁架桿件內(nèi)力法 3）將靜定桁架變?yōu)槌o定桁架。,靜定桁架變?yōu)槌o定桁架,（3）改變桁架桿件內(nèi)力法 4）與其他結(jié)構(gòu)共同工作形成混合結(jié)構(gòu)，以改善受力情況。,使天窗架與屋架連成整體共同受力,103,3.加大構(gòu)件截面加固法 加固可能是在負(fù)荷、部分卸荷或全部卸荷狀況下進(jìn)行，加固前后結(jié)構(gòu)幾何特性和受力狀況會有很大不同，因而需要根據(jù)結(jié)構(gòu)加固期間及前后，分階段考慮結(jié)構(gòu)的截面幾何特性、損傷狀況、支承條件和作用其上的荷載及其不利組合，確定計算簡圖，進(jìn)行受力分析，找出結(jié)構(gòu)的可能最不利受力，以確保安全可靠。 對于超靜定結(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。,注意事項：,1）加固時的凈空限制，使補(bǔ)強(qiáng)零件不與其他構(gòu)件相碰。 2）補(bǔ)強(qiáng)方法應(yīng)能適應(yīng)原有構(gòu)件的幾何形狀或己發(fā)生的變形情況，以利施工。 3）盡量減少補(bǔ)強(qiáng)施工工作量。盡可能采用焊接方法補(bǔ)強(qiáng)。應(yīng)盡量減少焊接工作量和注意合理的焊接順序。 4）盡可能使被補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件的重心軸位置不變，以減少偏心所產(chǎn)生的彎短。 5）考慮補(bǔ)強(qiáng)后的構(gòu)件便于油漆和維護(hù)，避免形成易于積聚灰塵的坑槽而引起銹蝕。 6）焊接補(bǔ)強(qiáng)時應(yīng)采取措施盡量減小焊接變形。 7）受壓構(gòu)件或受彎構(gòu)件的受壓翼緣破損和變形嚴(yán)重時，為避免矯正變形或拆除受損部分，可在桿件周圍包以鋼筋混凝土，形成勁性鋼筋混凝土的組合結(jié)構(gòu)。應(yīng)在外包鋼筋混凝土部位焊接能傳遞剪力的零件。,105,6.3.3 鋼結(jié)構(gòu)的具體加固技術(shù) 1.鋼柱加固 （1）柱子卸荷法 加固上部柱時，可以利用吊車梁橋架支托起屋蓋屋架，使柱子卸荷。 加固下柱或工藝需要截去下柱時，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（必須驗算鄰柱并進(jìn)行加固，同時驗算基礎(chǔ)）上。,（2）鋼柱加固法 1）補(bǔ)強(qiáng)柱的截面。用鋼板或型鋼，采用焊接或高強(qiáng)螺栓與原柱連接成一個整體。 2）增設(shè)支撐。以減小柱自由長度，提高承載能力。在截面尺寸不變的情況下提高柱子穩(wěn)定性。 3）改變計算簡圖，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）底板厚度不足的加固法：增設(shè)柱腳加勁肋；在柱腳型鋼間澆筑混凝土，為增加粘結(jié)力，柱腳表面油漆和銹蝕要清除干凈。 2）錨固不足的加固方法：（a）增設(shè)附加錨栓。當(dāng)混凝土基礎(chǔ)較寬大時采用。b）將整個柱腳包以鋼筋混凝土。,（4）柱加固承載力驗算法 1）負(fù)荷狀態(tài)下加固：對靜載結(jié)構(gòu)，當(dāng)截面一部分進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)力最終能重新分配，計算中以新老截面共同工作原則來計算；動載結(jié)構(gòu)情況下，塑性區(qū)很難形成，不考慮應(yīng)力重分配，將加固前和加固后的情況分別計算，然后求其總和。 2）卸荷狀態(tài)下：截面驗算按加固后總截面計算，并考慮加固折減系數(shù)，按現(xiàn)行規(guī)范計算。,負(fù)荷狀態(tài)下加固的計算公式 1）軸心受壓柱強(qiáng)度驗算 2）軸心受壓柱整體穩(wěn)定驗算 靜力 荷載 動力 荷載,負(fù)荷狀態(tài)下加固的計算公式 3）偏心受壓（壓彎）柱強(qiáng)度驗算，計算時不考慮加固柱受彎塑性變形發(fā)展。 靜力荷載 動力荷載,負(fù)荷狀態(tài)下加固的計算公式 4）偏心受壓（壓彎）實腹柱整體穩(wěn)定驗算。 靜力荷載 彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定驗算： 彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗算：,負(fù)荷狀態(tài)下加固的計算公式 4）偏心受壓（壓彎）實腹柱整體穩(wěn)定驗算。 動力荷載 彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定驗算： 彎矩作用平面外整體穩(wěn)定驗算：,負(fù)荷狀態(tài)下加固的計算公式 5）軸心受壓實腹柱局部穩(wěn)定驗算。 工字形截面翼緣板： 腹板：,負(fù)荷狀態(tài)下加固的計算公式 6）偏心受壓實腹柱（壓彎構(gòu)件）局部穩(wěn)定驗算。 翼緣板： 腹板（工字形截面壓彎構(gòu)件）： 當(dāng) 時： 當(dāng) 時：,114,2.鋼梁加固 （1）梁卸荷法 用臨時支柱卸荷；對于實腹式梁設(shè)置臨時支柱時，應(yīng)注意臨時支柱處實腹梁腹板的強(qiáng)度和穩(wěn)定，以及翼緣焊縫（或栓釘）的強(qiáng)度；對于吊車梁，限制橋式吊車運(yùn)行，即相當(dāng)于大部分已卸荷。 （2）梁加固方法 改變梁支座部分成為連續(xù)梁；支撐加固法；吊桿加固法；增大梁截面加固法。,（3）梁截面加固承載力驗算 不考慮截面塑性發(fā)展，負(fù)荷狀態(tài)下截面加固后可按下列公式驗算: 1）強(qiáng)度驗算 抗彎強(qiáng)度驗算 靜力荷載： 動力荷載：,1）強(qiáng)度驗算 抗剪強(qiáng)度驗算 靜力荷載： 動力荷載： 局部承壓強(qiáng)度驗算 靜力荷載： 動力荷載：,2）整體穩(wěn)定驗算 靜力荷載： 動力荷載： 3）組合截面梁局部穩(wěn)定驗算 翼緣： 腹板： 不設(shè)橫向加勁肋時 僅設(shè)橫向加勁肋時 當(dāng)設(shè)有縱向加勁肋和橫向加勁助時，加勁肋間距和尺寸應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定設(shè)置要求。,118,3.鋼屋架、托架加固 （1）卸荷方法 盡量在負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行。可利用吊車梁使托架卸荷，即在制動結(jié)構(gòu)中輔助桁架上設(shè)臨時支柱對托架進(jìn)行卸荷。 （2）加固方法 根據(jù)原屋架存在的問題、原因、施工條件和經(jīng)濟(jì)條件來選擇。 （3）桿件截面加固承載力驗算方法 桿件有軸心受拉、軸心受壓、拉彎和壓彎桿件四類，后兩類一股都是因為節(jié)間荷載產(chǎn)生彎矩所致。,1）軸心受拉桿件強(qiáng)度驗算 靜力荷載 動力荷載 2）軸心受壓桿件強(qiáng)度驗算 按實腹式軸心受壓柱的公式驗算強(qiáng)度和整體穩(wěn)定。由于桿件均有型鋼組成，局部穩(wěn)定不必驗算。,3）拉彎桿件強(qiáng)度驗算 靜力荷載 動力荷載 4）壓彎桿件強(qiáng)度驗算 壓彎桿件的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定按實腹式壓彎柱的計算公式驗算，局部穩(wěn)定不必驗算。 卸荷狀態(tài)下加固截面，其承載力均按負(fù)荷狀態(tài)下作用靜力荷載的計算公式驗算。,121,4.連接和節(jié)點(diǎn)加固 構(gòu)件截面的補(bǔ)增或局部構(gòu)件的替換，都需要適當(dāng)?shù)倪B接，補(bǔ)強(qiáng)的桿件必須通過節(jié)點(diǎn)加固才能參與原結(jié)構(gòu)工作，破壞了的節(jié)點(diǎn)需要加固。鋼結(jié)構(gòu)中