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鋼結構加固設計原則與方法

浙江鼎固建筑技術有限公司主要從事各類建筑物的改造加固以及各種建筑物的糾偏和平移工程。

鋼結構經(jīng)可靠性鑒定需要加固時，應根據(jù)可靠性鑒定的結論和委托方提出的要求，有專業(yè)技術人員按照國家規(guī)范要求進行加固設計，且加固設計內(nèi)容和范圍，可以是結構整體，也可以是局部結構、特定構件或部位。

鋼結構加固設計需注意加固設計與施工方法應緊密結合，應采取有效措施，保證新增截面、構件和部件與原結構連接可靠，形成整體共同工作，以避免對未加固部分或構件造成不利影響。

一般來說鋼結構加固主要方法有減輕荷載、改變計算圖形、加大原結構構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當有成熟經(jīng)驗時也可采用其它方法對鋼結構進行加固處理。

改變結構計算圖形加固法：指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)和邊界條件，增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協(xié)同工作等措施對結構進行加固，一般加固方法有：

1、對結構可采用：增加支撐形成空間結構并按空間結構驗算、加設支撐增加結構剛度，或者調(diào)整結構的自振頻率等以提高結構承載力和改善結構動力特性、增設支撐或輔助桿件使結構的長細比減少以提高其穩(wěn)定性、在排架結構中重1點加強某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其他柱列負荷、在塔架等結構中設置拉桿或適度張緊的拉索以加強結構的剛度。鋼結構加固施工的時候，加固質(zhì)量這一關必須要牢牢把握住，因為施工的過程比較容易出現(xiàn)一些問題，會對加固的效果造成影響。

2、對受彎桿件可采用：改變荷載的分布，例如將一個集中荷載轉(zhuǎn)化為多個集中荷載、改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結、增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY構端部連接成為連續(xù)結構、調(diào)整連續(xù)結構的支座位置、將結構變?yōu)閾螚U式結構、施加預應力。等的改變其截面內(nèi)力的方法進行加固。對損傷鋼柱，對損傷部位進行割除后，按原截面制作新柱，并將其與下部保留的柱按等強度連接。

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預應力加固鋼結構技術

1傳統(tǒng)的鋼結構加固存在的問題：

焊接加固時，高溫作用使焊接部位的組織及性能劣化；而且焊縫必然存在缺陷，會產(chǎn)生新的裂紋；焊接結構內(nèi)部存在殘余應力，與其他作用結合可能導致開裂。焊接使結構形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴展，就有可能一斷到底，引發(fā)重大事故。

采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔，削弱了截面，形成新的應力集中區(qū)；普通螺栓在動載作用下易松動，高強螺栓易發(fā)生應力松弛現(xiàn)象，降低了結構的修補效果。粘鋼加固技術是在鋼結構表面用特1制的建筑結構膠粘貼鋼板，依靠結構膠使之粘結成整體共同工作，以提高結構承載力。這些加固方法共同的缺點是使結構重量增加很多，鋼板不易制作成各種復雜形狀，運輸和安裝也不方便，且鋼板易銹蝕，影響粘結強度，維護費用高。在建筑工程中的鋼結構加固的幾大方法分別是：加大原結構構件截面、改變結構計算圖形、減輕荷載、阻止裂紋擴展等。

2粘貼加固鋼結構的特點：

粘貼加固鋼結構是利用粘結劑將粘貼到鋼結構損傷部位的表面，使一部分荷載通過粘結層傳遞到上，降低了結構損傷部位的應力。粘貼加固技術具有明顯的優(yōu)勢：

（1）比強度和比剛度高，加固后基本不增加原結構的自重和原構件的尺寸；

（2）復合材料具有良好的抗1疲勞性能和耐腐蝕性能；

（3）柔性的復合材料對于任意封閉結構和形狀復雜的被加固結構表面具有特別的優(yōu)勢。密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕的隱患；

（4）簡便易行、成本低、，在狹小空間亦可施工，特別適合現(xiàn)場修復；

（5）施工過程中無明火，適用于各種特殊環(huán)境。

3預應力加固的優(yōu)點：

（1）加固工作可在不卸載、不停產(chǎn)的條件下進行；

（2）施加預應力可直接減小變形，迅速消除超逾應力和內(nèi)力峰值；

（3）與非預應力方式相比，可消除應力滯后現(xiàn)象，充分利用的高強特性，提高加固效率。

（4）結合可靠錨固，可降低粘結界面的剝離應力，避免整體剝落，提高加固的可靠性；

（5）降低加固費用和使用成本。

隨著鋼結構近幾十年來的廣泛使用，越來越多的鋼結構廠房，鋼平臺或者大型鋼結構公共建筑完成了它1初的使命，面臨著使用功能改變，抑或生產(chǎn)工藝改變而需要增設新設備或加大負荷等要求。除具有粘結外包型鋼加固法相似的優(yōu)點外，還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優(yōu)點，但需要專門的防火處理，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結構構件和一般構筑物。所以，如何簡便有效的改造或加固已有鋼結構成為近年來越來越倍受討論的一個課題。

近年來，鋼結構的廣泛發(fā)展和應用已經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟實力壯大的標志，也是其科技水平提高，材料工藝與建筑技術進入高科技階段的體現(xiàn)。作為建筑材料，有以下特點：首先，輕質(zhì)高強。據(jù)統(tǒng)計，其強度重量比指數(shù)是鋼筋混凝土的5倍以上；焊接使結構形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴展，就有可能一斷到底，引發(fā)重大事故。其次，在高強的同時還具有高延性高韌性。在地1震作用下，鋼結構屬于理想的彈塑性結構，有良好的適應強震變形能力；減小結構構件尺寸增加使用面積；施工速度快周期短；便于大柱網(wǎng)大共享空間的特殊建筑布置，也便于工業(yè)建筑中設備管線的穿越設置；當然，也有以下缺點：防銹防火能力差，需要特別處理防護。  

鋼梁的加固

1、鋼梁卸荷方法

   鋼梁及吊車梁加固應盡量在負荷狀態(tài)下進行，不得已需卸荷或部分卸荷狀態(tài)下加固時，可以采用臨時支柱卸荷；鋼結構工程因受到不同荷載的壓力作用下，很多的鋼構件都是不同程度的損壞，所以鋼結構工程對于破損大的鋼構件可以采取更換的方式，然后在進行加固，提高鋼結構工程的整體質(zhì)量。對于實腹式梁設置臨時支柱時應注意臨時支柱處實腹梁腹板的強度和穩(wěn)定，以及翼緣焊縫（或釘栓）強度；對于吊車梁來說，限制橋式吊車運行，即相當于大部分已卸荷，因吊車梁自重產(chǎn)生的應力與橋式吊車運行時產(chǎn)生應力相比是極1小的。

2、鋼梁常用加固方法

（1）補增梁截面加固法

   梁可通過增補截面面積來提高承載能力，焊接組合梁和型鋼梁都可采用在翼緣和腹板上焊接水平板、垂直板和斜板來加固，也可用型鋼加焊在翼緣和腹板上 ；三、連接的加固與加固件的連接鋼結構連接方法，即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇，應根據(jù)結構需要加固的原因、目的、受力狀況、構造及施工條件，并考慮結構原有的連接方法確定。當梁腹板抗剪強度不足時，可在腹板兩邊加焊鋼板補強，當梁腹板穩(wěn)定性不能保證時，往往不采用上述方法，而是設置附加加勁肋方法；用圓鋼和圓鋼管補增梁截面是考慮施工工藝方便。

（2）改變結構計算圖形加固法

   改變結構計算圖形的一般方法中，有許多可以用來加固梁。把支座部分的梁上下翼緣焊上鋼板，使各單跨梁變成連續(xù)體系，該鋼板所傳遞的力應恰好與支座彎矩相平衡，連續(xù)后可使跨中彎矩降低15%-20%,會導致柱子荷載的增加，應驗算柱子。