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建筑钢结构加固方案和措施分为局部加固和全面

建筑钢结构加固方案和措施分为局部加固和全面加固,近年来,各类建筑物的改造加固工程已得到迅速发展,如何采取有效的措施对既有建筑物进行处理以达到其功能要求,是工程技术人员而临的必要问题。当钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件,经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时,应对钢结构进行加固。钢结构需加固补强的常见原因包括:

1.1 由于设计或施工中造成钢结构缺陷,如焊缝长度不足,杆件切口过长,使截面削弱过多等。

1.2 结构经长期使用,出现不固程度的锈蚀、磨损以及操作不正常等,造成结构缺陷,使结构构件截面严重削弱。

1.3 工艺生产条件变化,使结构上荷载增加,原有结构不能适应。

1.4 使用的钢材质量不符合要求。

1.5 意外、自然灾害对结构损伤严重。

1.6 由于地基基础下沉,引起结构的变形和损伤。

2. 钢结构加固原则

钢结构或钢构件加固是一项复杂的工作,要考虑的因素很多。加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择,一般原则如下:

2.1 结构加固方案要便于制作、施工,便于检查。

2.2加固应尽可能做到不停产或少停产,因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍。能否在负荷下不停产加固,取决于结构的应力应变状态。一般构件的内应力小于钢材设计强度的80%,且构件损坏变形等不是太严重时,可采用负荷不停产加固方法。

2.3结构制造组装应尽量在生产区外进行。

2.4连接加固应尽可能采用高强螺栓或焊接。采用高强螺栓加固时,应验算钻孔截面削弱后的承载能力:采用焊接加固时,实际荷载产生的原有杆件应力最好在钢材设计强度60%以下。极限不得超过80%,否则应采取相应的措施才能施焊。

3. 钢结构加固方法

经鉴定需要加固的钢结构,根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固,包括增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法。伞面加固是对整体结构进行加固,包括不改变结构静力计算图形加固法和改变结构静力计算图形加固法两类。钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,也可采用其他的加固方法。加固结构的施工方法有:负荷加固、卸荷加固和从原结构拆下应加固或更新的部件进行加固。加固施工方法应根据用户要求和结构实际受力状态。在确保质量和安全的前提下,由设计人员和施工单位协商确定。

3.1 带负荷加固。施工最方便,也较经济。用于构件(或连接)的应力小于钢材设计强度的80%时,或构件无甚大损坏、破损、变形、翘曲等的情况下。此时为了使新加固杆件参与受力,有时需要对被加固杆件采取临时卸荷的措施。另外,在加固时应注意不影响其他构件的正常使用。

3.2 卸荷加固。适用于结构损坏较大或构件和连接的应力状态很高,需要暂肘减轻其负荷时。对某些主要承受可动荷载的结构(如吊车粱等),可限制其动荷载,即相当于大部分卸荷。

3.3 从原结构上拆下应加固或更新的部件。当结构破坏严重或原截面承载力过小,必须在地面进行加固或更新时采用。此时必须设置临时支撑,使被换构件完全卸荷:固时,必须保证被换结构卸下后整个结构的安全。确定加固方案前,应搜集原有结构的详细设计、施工资料及原有结构构件检查报告。并掌握现有实际荷载和加固后新增加荷载的准确数据。

3.4改变结构计算图形加固法

改变结构计算图形加固法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的疗法。改变结构计算图形的加固过程,除应对被加固结构承载能力和正常使用极限状态进行计算外,尚应注意对相关结构构件承载能力和使用功能的影响,考虑在结构、构件、节点以及支座中的内力重分布,对结构(包括基础)进行必要的补充验算,并采用切实可行的合理构造措施。采用改变结构计算图形的加固方法,设计与施工应紧密配合,未经设计允许,不得擅自修改设计规定的施工方法和程序。

3.5加大构件截面加固法

采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑有缺陷和损伤的状况。加固构件受力分析计算简图,应反映结构的实际条件,考虑损伤及加固引起的不利变形、加固期间及前后作用在结构上的荷载及其不利组合,对于超静定结构尚应考虑冈截面加大、构件刚度改变使体系内力重分布的可能,必要时应分阶段进行受力分析和计算。采用该方法应注意的事项如下:

a. 注意加固时的净空限制,使新加固的构件不得与其他构件相冲突。

b.加固设计应适应原有构件的几何状态,以利施工。

c.应尽量减少施工工作量。当原有结构钢材的可焊性较好时,根据具体情况尽量考虑用焊接加固,并应尽量减少焊接工作量,以减少焊接应力的影响,避免焊接变形。

d.加固应尽量使被加固构件截面的形心轴位置不变,以减少偏心所产生的弯矩。当偏心值超过规定时,在复核加固截面时,应考虑偏心的影响。

e.加固后的截面在构造上要考虑防腐的要求,避免形成易于积灰的坑槽而引起锈蚀。

3.6 连接的加固与加固件的连接

钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。

3.7裂纹的修复与加固

结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时,应设法修复。在修复前,必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性,有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施,对不宜采用修复加固的构件,应予拆除更换

4. 加固工作应注意的问题

4.1先鉴定后加固

在结构加固方案确定前,必须对原有结构进行质量可靠性鉴定,根据可靠性鉴定后再进行加固,避免在加固工程中留下结构隐患。

4.2结构加固方案要科学选择

加固方案的选择应充分考虑已有结构实际现状和加固后结构受力及使用要求的特点。要注意,加固后结构体系受力路线要明确,结构要可靠。还要采取一定的措施来保证新的结构和材料的可靠连接。在确定加固方案时,应尽量减少对原有结构或构件的拆除和损伤。固时尽量利用原有结构的承载能力,原则是结构方案应技术可靠,经济合理,方便施工。

总之,钢结构加固在实际工程中应用越来越普遍,做好建筑工程钢结构的加固工作不仅有理论意义,还有现实意义,我们一定要引起足够的重视。

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