钢结构工程加固技术综述

钢结构工程加固技术综述摘要：钢结构工程中的缺陷和损坏给工程带来了隐患，也引发了一些工程事故。钢结构加固技术变得越来越重要。从建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001的相关规定出发，分析了钢结构加固技术的总体思路，总结了提高结构抗力和降低作用效果的基本方法，并介绍了我国目前主要的钢结构加固标准及存在的问题。关键词：钢结构；损坏。行动效果；结构阻力；加强1.钢结构工程加固的意义建筑钢结构具有重量轻、强度高、塑性和韧性好、抗震性能好、易于工业化生产、节能环保、可回收利用等优点。它被称为21世纪的“绿色建筑”之一。随着我国城市化的发展，我国的钢结构工程数量迅速增加。各种形式新颖、外形美观、富有现代感的钢结构工程如工业厂房、体育馆、展览中心、候车厅、大剧院、博物馆等如雨后春笋般涌现。钢结构工程已广泛应用于工业和民用建筑。但是，由于各种原因，钢结构工程也可能有各种缺陷和损坏：(1)负载变化，扩展服务(图1)；(2)构件因各种意外变形、扭曲、失效、凹陷、构件截面弱化、构件翘曲、连接开裂等。(3)温差引起的构件或连接件的变形、开裂和翘曲；(4)化学腐蚀和电化学腐蚀导致的腐蚀削弱了钢结构构件的截面；(5)设计、生产、施工中的失误，使用期间的非法使用和操作(图2)。钢结构工程中的缺陷和损伤会导致宏观力学性能的恶化，导致工程事故的发生。钢结构的损坏是局部的和多方面的。当损坏发生时，这些结构不可能立即报废。更换损坏的部件会造成很大的浪费，影响结构的正常使用。大量钢结构工程需要进行技术改造和加固。因此，寻求经济高效的钢结构加固技术不仅是建筑工程领域亟待解决的技术问题，也是关系到社会可持续发展的问题。2.钢结构加固技术2.1加固技术的总体思路根据建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001，当只考虑作用效应S和结构抗力R两个基本变量时，按极限状态设计的结构应满足下列公式的要求：据此，就像混凝土结构和砌体结构的加固一样，钢结构加固的主要思想是提高结构的抗力和降低效果，以及两种方法的结合。从加固设计的角度来看，提高结构抗力的方法主要是加固构件的截面和连接。减小作用效应的方法主要包括改变荷载分布、传力路径、节点特性、边界条件、增加附加构件和支撑、施加预应力、考虑空间协同等。2.2提高结构抗力的方法提高结构抗力的方法是局部加固或沿构件全长加固。主要方法包括：加大截面法、加强钢筋的连接和连接、修补和加固裂缝等。2.2.1扩大截面法扩大截面的方法是增加构件的截面面积，以提高其刚度和承载力。由于构件的受力特性不同，扩大截面的形式也不同。拉伸、压缩和弯曲构件的加强形式分别在图3至图5中示出。扩大截面法时，应考虑以下因素：(1)确保加强构件具有合理的传力路径，以便能够与原构件一起工作；(2)配筋构件的布置应与原构件的几何形状或已发生的变形相适应，以便于施工；（(6)增加截面尺寸不能过多削弱原构件的承载力。尽量采用小螺栓和高强度螺栓。焊接时，应尽可能避免垂直于原始部件应力方向的焊接。否则，应采取特殊措施。(7)轴向受力构件加固后，应考虑构件截面质心偏移的影响。2.2.2连接钢筋和连接钢筋连接加固是钢结构加固中较为复杂的环节。钢结构钢筋的连接方法应根据结构的受力状态和施工条件，结合原连接方法确定。在同一受力部位的连接加固中，不应采用刚度差异过大的加固措施。(1)焊缝的加固当施工方便采用焊接，且钢筋允许焊接连接时，钢筋可考虑焊接。焊缝钢筋应首先考虑增加焊缝长度，然后考虑增加焊脚尺寸，同时增加焊缝长度和焊脚尺寸，增加独立的新焊缝等。焊接连接钢筋时，应严格控制垂直于应力方向的横向焊缝，以保证焊接时的应力安全。(2)螺栓连接的加固当原螺栓松动、损坏或失效，或连接强度不足，需要更换或增加时，应先考虑同直径的高强度螺栓连接，或采用焊接。在钢结构高强度螺栓连接技术规程 JGJ 82-2011中，提出了考虑摩擦型高强度螺栓连接和角焊缝共享相同剪切力的螺栓焊接接头设计。在梁、柱和支撑件的拼接以及它们之间的连接中，法兰通过熔透焊接连接，腹板通过摩擦型高强度螺栓连接。(3)钢筋连接钢筋与钢筋结构的连接应根据设计应力要求，结合结构和施工条件，通过计算确定。2.2.3裂缝的修复和加固当在结构构件上发现裂纹时，作为紧急措施，可以在板的裂纹端外面钻一个孔以防止进一步的急剧膨胀(该孔被称为孔，图6)，并且可以根据裂纹的性质和膨胀趋势采取适当的措施来及时修复和加固裂纹。修补裂纹宜采用塞焊，塞焊的施工顺序一般如下：清理裂纹两侧80毫米或以上的板面油污，直至露出干净的金属表面；用气刨、气铲或砂轮将裂纹的边缘加工成凹槽，以到达晶粒末端的孔止点；将裂纹两侧和两端的金属预热至100-150，并在焊接过程中保持温度；使用与钢材相匹配的低氢或超低氢焊条进行焊接，尽量使用小直径焊条流进行分段分层反向焊接。每次焊接后应立即进行锤击。对于承受动载荷的部件，应在封堵和焊接后打磨表面，使其与原部件表面齐平。2.3降低影响的方法减小效应法的思想是改变荷载分布(如将集中荷载变为多个集中荷载)、传力方式、节点特性、边界条件、增加附加构件和支撑、减小构件自由长度、施加预应力、考虑空间协同工作等措施来改变构件的力学特性并降低其应力水平。超静定结构的支座也可以强制位移。2.3.1受弯构件的加固考虑到作用效应的减小，受弯构件的加固方法主要有：(1)调整结构支撑的位置，改变结构跨度；(2)改变端部支撑条件，如铰链和钢接头；(3)增加中间支撑，将简单支撑改为连续支撑；(4)将组件变成支撑结构(图7和8)。2.3.2桁架构件的加固改变桁架构件内力的主要方法有：(1)增加撑杆，将桁架改为撑杆式框架(图9和图10)；(2)添加预应力拉杆(图11和12)2.3.3改进th(1)增加屋顶支撑和结构空间刚度，以便可以根据空间结构检查弯曲柱，并挖掘结构的潜力(图14)。(2)增加支撑以调整结构的固有频率并改善结构的动态性能(图15)。(3)增加支撑以降低部件的长细比并提高稳定性(图16和17)。(4)在塔架和其他结构中安装拉杆或适度张紧的缆索，以加强结构的刚度(图18)。在改变结构计算图的加固过程(包括施工过程)中，除了计算加固结构的承载力和正常使用极限状态外，还应注意对相关结构构件的承载力和使用功能的影响，应考虑结构、构件、节点和支撑的内力重分布，对结构(包括基础)进行必要的补充验算，并采取切实合理的结构措施。应采用改变结构计算图的加固方法。设计和施工应紧密配合。未经设计许可，不得修改设计中规定的施工方法和程序。当结构通过调整内力进行加固时，应在加固设计中规定调整内力或规定位移的值和允许偏差，以及检测位置和方法。3.我国主要钢结构工程加固标准1996年11月，冶金工业部发布钢结构检测评定及加固技术规程 YB 9257-96，将于1997年7月1日生效。在配筋方面，配筋原则和方法、材料、荷载、基本计算规定、结构要求等。被指定。本规范规定了增加截面的加固方法、钢筋的连接、吊车梁系统的加固、荷载下钢筋的焊接以及钢筋工程的验收。1996年5月，中国工程建设标准化协会颁布了钢结构加固技术规范 CECS 77: 96，规定了加固的基本原则和一般方法。加固方法主要包括改变结构计算图的加固和加大构件截面的加固。该条例规定了连接钢筋和钢筋、裂缝修补和钢筋以及钢筋工程的施工安全和验收。2010年10月，住房和城乡建设部发布了建筑结构加固工程施工质量验收规范 GB 50550-2010，规定了钢构件截面扩大工程、钢构件焊接加固工程和钢结构裂缝修补工程的施工质量和验收方法。上述标准在扩大钢构件截面时均采用钢材，大量试验和数值模拟表明，纤维增强聚合物(FRP)加固技术也能有效提高钢结构的承载力，该方法也适用于腐蚀环境和施工困难的钢结构。2014年初，冶金建筑研究所主编的中国工程建设标准化协会标准纤维增强复合材料加固钢结构技术规程进入征求意见阶段。该条例规定了受拉构件、轴心受压构件、工字形钢梁受弯构件的配筋、钢管的配筋和修补、抗疲劳配筋等。为钢结构加固提供了新的思路。4.主要问题和发展方向中国正在大力推进建筑工业化进程，钢结构是其中的重要组成部分。可以想象，将来会有更多的钢结构应用于工业和民用建筑。但是，也应该注意到，钢结构工程往往是人员聚集和大型活动的场所，钢结构的安全尤为重要。钢结构事故的主要类型有：稳定性破坏(局部失稳和整体失稳)、钢结构引起的疲劳问题、应力集中和应力幅值、低温和动载引起的脆性破坏和化学腐蚀及电化学腐蚀、材料缺陷、钢板厚度和应力腐蚀等。研究钢结构加固技术是非常必要的。从我国现行的钢结构加固标准来看5 GB 50017-2003。钢结构设计规范6杨永新等.纤维增强复合材料加固钢结构技术规范。征求意见稿。南万鑫等.某钢厂结构体系的改造与加固J.工业建筑，2009.23 (5): 13-15龚顺峰等.钢筋混凝土柱的非