负载下钢结构构件焊接加固技术的研究与思考

一、研究（一）背景意义随着新中国成立以来建设的一大批工业项目陆续到达设计使用年限，且伴随着“碳达峰和碳中和”的目标，工业建构筑物改造面临巨大的现实需求和未来预期。“十四五”期间，全国新增建筑太阳能光伏装机容量0.5亿千瓦以上，新一轮的设备更新升级，均需要对结构性能进行提升。对结构性能的提升主要通过结构加固，其中焊接加固施工因其便捷性和可靠性，往往成为钢结构加固的首选方案。《钢结构加固设计标准》中，负荷状态下，钢构件的焊接加固，应根据原构件的使用条件，校核其最大名义应力σ0max是否符合表1应力比限值的规定。若不符合规定时，不得在负荷状态下进行焊接加固，即应力比限值0.80；应改用其他增大截面的方法进行加固。表1

焊接加固构件的使用条件及其应力比限值

轴心受拉或轴心受压构件宜采用对称的或不改变形心位置的增大截面形式，其加固后强度应按下式验算，公式中修正系数ηn应参考表2，ηn不允许大于0.65。表2

ηn系数取值对于轴心受力杆件的加固，当采用焊接加固时，应力比不超过0.65。对于大多数空间结构，采用轴心受力杆件的计算模型，设计应力比较高，构件在加固时，难以停产卸载，因此焊接加固方法不能使用。为突破这种限值，研究高负载下轴压杆件加固有重要意义。（二）研究方法采用试验研究，对3个双角钢组合T形截面杆件，采用焊接方式（电弧焊）加固杆件，加固件采用相同截面的角钢，研究负载加固下杆件的稳定性能。图1

加固后截面示意图表3

试件主要参数图2试件试验现象图3

荷载-轴向位移曲线图4

荷载-跨中横向位移曲线3个钢柱承载力结果如表3所示，其中，Py表示屈服承载力，Pu表示极限承载力，Δ表示加固后极限承载力提高系数。由结果可知，高应力比低应力加固后构件承载力提高系数减小，表明初始负载对角钢轴压构件的极限承载力有不利影响，Z2和Z3分别为0.27和0.69的初始应力比，加固后Z3较Z2极限承载力降低14%，承载力相比未加固构件提高50%。（三）有限元分析图5

计算流程图

根据有限元分析结果，长细比越大，对于杆件加固缺陷的敏感性越大，未加固杆件为整体弯曲破坏，加固后为弯曲后局部屈曲破坏。图6有限元云图二、思考通过对双角钢组合T形截面构件焊接加固下受力性能的研究，得到了该加固方法的下构件受力性能的研究方法。为今后高负载下焊接加固的可行性提供了分析方法，对于特殊项目可以减少研究周期。根据本研究结合工作中的思考，仍有一些工作需要研究：本研究仅针对一种截面进行了系统的研究，对于其他截面如圆管（应力均匀，截面敏感性高）有进一步研究的需要。对于一些空间结构当杆件存在变形时，为了保证结构不在变形处破坏，需采取临时措施，对于变形杆件的加固后承载力提高需要进一步研究。

三、结语1）根据全文强制性规范《既有建筑鉴定与加固通用规范》，既有建筑的鉴定与加固，应遵循先检测、鉴定，后加固设计、施工与验收的原则。既有建筑的加固设计需要可靠的结构实际形况检查与检测，加固施工需要合理的设计方案，加固方案的落实需要可靠的施工方案，因此应严格按照国家规范执行。2）当对结构的后续决策不明确时，应采取临时措施，尽量减少对结构的扰动，在此期间，应尽快确定结构后续使用情况并尽快采取相应的措施。3）现有相关国家标准是对一般情况