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鋼結構工程加固理論與加固技術


  鋼結構存在嚴重缺陷和損傷或改變使用條件,經檢查驗算結構的強度、剛度或穩定性不滿足使用要求時,應對鋼結構進行加固。常見的鋼結構需加固補強的主要原因有:
  (1)由于設計或施工中造成鋼結構缺陷,如焊縫長度不足,桿件切口過長,使截面削弱過多等等。
  (2)結構經長期使用,出現不同程度的銹蝕、磨損以及操作不正常等,造成結構缺陷,使結構構件截面嚴重削弱。
  (3)工藝生產條件變化,使結構上荷載增加,原有結構不能適應。
  (4)使用的鋼材質量不符合要求。
  (5)意外、自然災害對結構損傷嚴重。
  (6)由于地基基礎下沉,引起結構的變形和損傷。
  結構或構件加固是一項復雜的工作,要考慮的因素很多。加固方法應從施工方便、不影響生產、經濟合理、效果好等方面來選擇,一般原則如下:
  (1)加固應盡可能做到不停產或少停產,因停產的損失往往是加固費用的幾倍或幾十倍。能否在負荷下不停產加固,取決于結構的應力應變狀態。一般構件的內應力小于鋼材設計強度的80%,且構件損壞變形等不是太嚴重時,可采用負荷不停產加固方法。
  (2)結構加固方案要便于制作、施工,便于檢查。
  (3)結構制造組裝應盡量在生產區外進行。
  (4)連接加固應盡可能采用高強螺栓或焊接。
  采用高強螺栓加固時,應驗算鉆孔截面削弱后的承載能力;采用焊接加固時,實際荷載產生的原有桿件應力最好在鋼材設計強度60%以下,極限不得超過80%,否則應采取相應的措施才能施焊。
  一、加固方法概述
  鋼結構加固的主要方法有: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。當有成熟經驗時,也可采用其他的加固方法。經鑒定需要加固的鋼結構,根據損害范圍一般分為局部加固和全面加固。局部加固是對某承載能力不足的桿件或連接節點處進行加固,有增加桿件截面法、減小桿件自由長度法和連接節點加固法。全面加固是對整體結構進行加固,有不改變結構靜力計算圖形加固法和改變結構靜力計算圖形加固法兩類。增加或加強支承體系,也是對結構體系加固的有效方法。增加原有構件截面的加固方法是最費料最費工的方法(但往往是可行的方法);改變計算簡圖的方法最有效且多種多樣,其費用也大大下降。
  加固結構的施工方法有:負荷加固、卸荷加固和從原結構上拆下應加固或更新的部件進行加固。加固施工方法應根據用戶要求和結構實際受力狀態,在確保質量和安全的前提下,由設計人員和施工單位協商確定。
  (1)帶負荷加固。施工最方便,也較經濟。是用于構件(或連接)的應力小于鋼材設計強度的80%時,或構件無甚大損壞(破損、變形、翹曲等)的情況下。此時為了使新加固桿件參與受力,有時需要對被加固桿件采取臨時卸荷的措施。另外,在加固時應注意不影響其他構件的正常使用。
  (2)卸荷加固。適用于結構損壞較大或構件和連接的應力狀態很高,需要暫時減輕其負荷時。對某些主要承受可動荷載的結構(如吊車梁等),可限制其可動荷載,即相當于大部分卸荷。
  (3)從原結構上拆下應加固或更新的部件。當結構破壞嚴重或原截面承載力過小,必須在地面進行加固或更新時采用。此時必須設置臨時支撐,使被換構件完全卸荷;同時,必須保證被換結構卸下后整個結構的安全。
  確定加固方案前,應搜集下列資料:
  (1)原有結構的竣工圖(包括更改圖)及驗收記錄。
  (2)原有鋼材材質報告復印件或現場材質檢驗報告。
  (3)原有結構構件制作、安裝驗收記錄。
  (4)原有結構設計計算書。
  (5)結構或構件破損情況檢查報告。
  (6)現有實際荷載和加固后新增加荷載的數據。
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