鋼結(jié)構(gòu)加固相關(guān)理論

1、鋼結(jié)構(gòu)加固相關(guān)理論第一節(jié)概述鋼結(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。第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)加固原則結(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

2、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。第

3、三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)加固方法一、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(lèi)。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

4、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(chē)梁等,可限制其可動(dòng)荷載,即相當(dāng)于大部分

5、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

6、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

7、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?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

8、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,

9、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(chē)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(chē)梁下面設(shè)一永久性托梁,將上部柱荷載(包括吊車(chē)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,

10、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

11、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