钢结构加固形式及施工工艺探讨

钢结构加固形式及施工工艺探讨

【摘要】在钢结构的施工过程中，钢结构加固形式的质量问题直接影响都整个钢结构工程的质量。本文将就钢结构加固形式及施工工艺进行探讨并提出相应的预防措施。

【关键词】钢结构；加固形式；施工工艺

一、前言

钢结构是建筑工程中的常用结构，主要是用于跨度较大的钢结构的建筑工程项目中。保证钢结构加固施工的质量是整个钢结构工程项目的重要环节。下文将对钢结构加固形式及施工工艺进行分析。

二、钢结构加固技术概述

1、概述

当钢结构存在严重缺陷，损伤或使用条件发生改变，经检查，验算结构的强度（包括连接）。刚度或稳定性等不满足设计要求时，应对钢结构进行加固。如出现以下情况之一时，需要进行加固：由于设计或施工中造成钢结构缺陷，使得结构或其局部的承载能力达不到设计要求，如焊缝长度不足，杆件中切口过长，截面削弱过多等。结构经长期使用，存在不同程度锈蚀，磨损，结构或节点受到削弱，使得结构或其局部的承载能力达不到原来的设计要求。由于使用条件发生变化，结构上荷载增加，原有结构不能适应。使用的钢材质量不符合要。意外自然灾害对结构损伤严重。由于地基基础下沉，引起结构变形和损伤。有时出现结构损伤事故，需要修复#如果损伤是由于荷载超过设计值或者材料质量低劣，或

者是构造处理不恰当，那么修复工作也带有加固的性质。

2、加固的原则

结构或构件加固是一项复杂的工作，考虑因素很多，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：结构经可靠性鉴定不满足要求时，必须进行加固处理。加固的范围和内容应根据鉴定结论和加固后的使用要求，由设计单位与业主协商确定。加固设计的内容和范围，可以是结构整体，亦可以是指定的区段，特定的构件或部位。加固后的钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度，结构的重要性和下一个使用期的具体要求，由委托方和设计者按实际情况商定。结构加固时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，取决于结构应力应变状态，一般构件内应力小于钢材设计强度的 80%，且构件损坏，变形等不太严重时，可采用负荷不停产加固方法。

在负荷状态下进行焊接加固是非常危险的，承受静力荷载和间接承受动力荷载的构件在实际荷载产生的原有杆件应力最好在钢材设计强度的60%以下，极限不得超过80%，承受动力荷载的构件不得超过40%，否则采取相应措施才能施焊；加大角焊缝厚度时，原有焊缝在扣除焊接热影响区长度后的承载能力，应不小于外荷载产生的内力。《钢结构加固技术规范》（CECS77）对负荷状态下进行加固做了如下明确规定：焊接钢结构加固时，原有构件或连接的实际名义应力值应小于0.55f，且不得考虑加固构件的塑性变形发展；非焊接钢结构加固时，其实际名义应力值应小于0.7f，对于直接承受动力荷载的一般结构最大名应力不得超过0.4f，钢结构加固设计应与实际施工方法紧密结合，并应采取有效措施，保证新增截面，构件和部件与原结构连接可靠，使其形成整体共同工作#在加固施工时，应避免对未加固的部分或构件造成不利的影响，并充分考虑现场条件对施工方法，加固效果和施工工期的影响，应采取减少构件在加固过程中产生附加变形的加固措施和施工方法。对

于高温、腐蚀、冷脆、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应提出其相应的处理对策后再进行加固。对于加固时可能出现倾斜，失稳或倒塌等不安全因素的钢结构，在加固施工前，应采取相应的临时安全措施，以防止事故的发生。钢结构的加固原则

三、常见钢结构需要加固补强的原因总结

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。常见的钢结构需加固补强的主要原因有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，使截面削弱过多等等。结构经长期使用，出现不同程度的锈蚀。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。工艺生产条件变化，使结构上荷载增加，原有结构不能适应。使用的钢材质量不符合要求。意外、自然灾害对结构损伤严重。由于地基基础下沉，引起结构的变形和损伤。

四、钢结构加固方法

1、改变结构计算图形

改变结构计算图形的实质是改变结构的传力体系。冶金、电力、石油化工、机械制造等行业的工业厂房具有复杂的工艺要求和设备布局。其钢结构的改扩建大部分是在不停产的条件下进行的。结构体系调整受到许多因素制约，因此，采取改变结构计算图形的加固改造项目具有各自不同的工程特点。改变结构计算图形被广泛应用于钢结构改扩建工程中。是一种常见的加固方法。其具体的技术手段要结合施工难度，经济效益、工艺要求、使用功能等方面综合考虑。值得一提的是，在加固设计过程中，除应对被加固结构承载力和正常使用极限状态进行计算外，还应注意其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。对结构及基础进行必要的补充验算。并采取切实可行的合理构造措施。

2、构件截面加固

构件截面加固的实质是通过增加构件截面面积加大构件刚度。实现钢框架整体承载能力的提高。构件截面加固方法主要有将工字形截面改为箱形截面，翼缘外侧贴焊钢板，外粘钢板，碳纤维布加固等。采用加大截面的方法加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤情况。以上方法并不是在任何钢结构加固中都可以运用，因此了解不同加固方法的特点对加固设计方案的选取十分必要。

传统的钢结构加固方法主要有钢板焊接、螺栓连接、铆接或者粘接。这些方法虽在一定程度上改善了原结构缺陷部位受力状况。但存在许多缺点，例如产生新的损伤和焊接残余应力。纤维增强复合材料FRP。由于具有比强度和比刚度高、耐腐蚀及施工方便等优点。在混凝土结构中得到广泛的应用。并作为一种新型高性能结构材料受到工程界的广泛关注。国内外有关研究和工程单位开展了大量的研究和实践应用。近年来的研究表明。FRP加固钢结构也具有很好的效果。

从上述研究成果可以发现，当前构件截面加固研究主要集中在贴焊钢板加固和碳纤维布加固两个方面，贴焊钢板的加固效果主要受残余应力。初始缺陷、钢板厚度、构件长细比、施工技术等因素制约，同时焊接会产生新的残余应力，因此焊接加固适合于卸荷加固或者低应力结构，大量的试验研究和数值模拟表明。碳纤维加固技术可以有效提高钢结构承载力，其加固效果主要与碳纤维布的厚度和弹性模量有关，不同径厚比、长细比钢柱的加固效果也有所差异，该方法适合于腐蚀环境。施工困难的钢结构，在选择具体的加固技术时，应该综合结构特点，工作环境、施工难度、经济效益等因素进行评估。

3、连接节点加固

连接节点加固是钢结构改扩建中最复杂的一个环节，技术措施主要有焊缝加固、粘钢加固、碳纤维加固、套管加固、肋板加固等。钢结构加固连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状态及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定，在同一受力部位连接的加固中，不宜采用刚度相差较大的加固措施。钢管结构相贯节点的加固方法主要有主管上加套管、加内隔板、主管加劲环加固及板加固等。

钢结构相贯节点的研究表明，构件加厚或者设置加劲板可以有效防止节点的脆性破坏，能够改善节点的延性，自从美国北岭地震以来，盖板加固逐渐被广泛研究，盖板加固能防止节点的脆性破坏，盖板的不同布置方式及形状是节点加固的主要设计因素。相比于前两种焊接加固，碳纤维布加固不仅能提高构件的承载力，也避免了焊接残余应力对既有结构的损伤。