西安建筑加固
钢结构加固新技术及其应用研究
1.1增大截面的焊接加固方法
截面扩**是一种基本的加固方法，而焊接截面扩**是钢结构加固中**传统、**直接的选择。特别是在承重条件下，由于焊接加固施工方便可靠，往往是钢结构加固的**。CECS 77:96详细介绍了焊接钢筋钢结构构件的设计方法。此外，行业标准YB 9257-96《钢结构检验、评定与加固技术规范》也对焊接钢筋钢结构设计方法进行了相关规定。很长一段时间,轴承的情况下进行焊接加固钢结构工程根据上述两个这个标准,但由于缺乏足够的基础实验和数值分析,两个标准对应力比的值,和相关参数的确定差异,计算公式主要用于苏联标准,有许多不合理的地方,焊缝加固过程的安全性和加固后构件的适用性难以保证;虽然国内外有一些相关研究[2-6]，但尚无定量的标准规定和设计方法。在此基础上,国家标准规范设计钢结构加固轴承条件是由焊接钢筋结构组件轴承性能的研究工作,轴向受压构件[7][8],弯曲,焊接后的[9]偏心受压构件钢筋力学性能的大量实验研究如图1所示图1 a, b如图1所示c和数值分析,仔细考察了焊缝加固构件应力重分布和变形发展过程中的残余变形、破坏方式和承载能力，分析了初始荷载水平、初始几何缺陷和焊接残余应力对构件承载性能的影响，为国家标准《钢结构配筋设计规范》的编制提供了基础数据和理论支持。结合目前的研究进展，增截面焊接加固方法虽然不是一种新的加固技术，但其具体应用将包含新的技术要点。
A -受弯构件的焊接和加固试验;B -受弯构件的焊接加固试验;C——考虑焊接过程的钢筋流动数值模拟。
1.2粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法,也称为保税钢筋技术,是一种强化方法来提高结构的承载力通过粘钢板表面的钢结构具有特殊建筑结构胶,使其工作在一起作为一个整体结构胶粘剂[10]。该技术在施工过程中不使用明火，不影响结构形状，要求工作面小。目前，国内已有一些学者从实验研究、理论分析和数值模拟等角度对钢粘接加固技术进行了研究。吕一岩等对11根圆形截面薄壁钢管[11]进行了钢粘接加固试验，发现外粘接钢板与薄壁钢管在在线弹性阶段和非弹性阶段均能很好地协调工作。同时考虑将薄壁钢管的结构形式由原来的单层筒体转变为由内筒、橡胶层和外层钢胶[12]组成的复合结构，从而应用三层轻质夹层筒体理论计算了粘钢后截面的等效刚度。隋炳强等开展了粘钢法全长加固钢管柱极限承载力研究，提出了粘钢加固轴压杆的计算方法[13]。这些研究成果为粘钢加固的推广应用提供了有效参考。但是，由于加固件与被加固件连接界面的受力复杂，易发生层间开裂，且加固效果很大程度上取决于结构胶层能否长期正常发挥作用，该类加固方法在一定程度上受到了工程界的质疑。因此，如何在国标《钢结构加固设计规范》中合理地纳入粘钢加固法、保证其在实际工程中应用的安全性，应成为重点研究的问题。基于目前的研究成果，有两点认识需在国标《钢结构加固设计规范》编制时予以考虑：一是由于利用薄钢板进行粘钢加固的可靠性相对较高，宜对加固板件的厚度进行限制；二是应借鉴传统增大截面加固法的设计思路，通过对粘钢加固法赋予合理的强度折减系数进行加固后的截面设计。
1.3 粘贴纤维增强复合材料加固法
纤维增强复合材料FRP具有优异的物理、力学性能，如比强度和比刚度高、抗疲劳性能和耐腐蚀性能好、现场可操作性强、施工周期短、不损伤原结构等，目前已广泛用于混凝土结构和砌体结构的加固之中[15]，其中常用的FRP有三种，即碳纤维增强复合材料CFRP、玻璃纤维增强复合材料GFRP和芳纶纤维增强复合材料AFRP。对于FRP加固钢结构，国内外研究起步较晚，案例较少，主要案例多为输电塔钢结构的抗屈曲加固。由于钢结构的强度和刚度高，因此采用强度和弹性模量相对较高的CFRP较为合适，而且除对钢管柱采用FRP布进行环向加固之外，宜采用板材对钢构件进行加固图2。
迄今为止，国内外学者对FRP加固钢结构已开展了大量研究工作。其中，国外的研究主要集中于改善受弯构件承载性能及疲劳加固方面[16-18]；在国内，以国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心等为代表的科研机构，针对FRP加固受弯构件和受拉构件进行了较为系统的试验研究[19-20]，近年来又开展了大量FRP抗屈曲加固钢构件的研究工作[21]。对于FRP加固钢结构，需要着重关注FRP和钢结构之间的黏结性能，国内外学者对多种结构胶黏结的盖板搭接节点进行了试验研究，并对钢与FRP界面的受力机制进行了研究，得到了碳纤维布拉伸应变、黏结剪应力和有效黏结长度的计算公式[19]。合肥工业大学完海鹰等还开展了CFRP布加固圆钢管和方钢管柱的静力试验和数值分析图3，为钢管构件的FRP加固设计提供了参考。这些研究成果将为国标《钢结构加固设计规范》的编制提供科学支撑，以获得加固后截面的强度折减系数。此外，针对胶层对应力集中效应和温度的敏感性，应注意对FRP板端等应力集中位置采取合理的构造措施，并控制加固构件的服役环境温度不宜过高。
1.4 组合加固法
a—内填混凝土加固; b—外包混凝土加固； c—钢管内填混凝土加固试验研究； d—负载下外包混凝土加固钢柱试验研究。
近年来，组合加固法在我国得到了较快的发展和应用，其中，利用组合结构的原理对混凝土结构进行加固的方法已经成功应用于许多实际工程之中，尤其在一些桥梁工程中十分常见，清华大学聂建国等对这种组合加固形式的原理和方法进行了较充分的研究[22]。相比之下，利用组合结构的原理和方法对钢结构进行加固相对较少，但是从原理上而言完全可行。目前用于钢结构的组合加固法主要包括两种：内填混凝土加固法图4a和外包混凝土加固法。内填混凝土加固法主要用于钢管构件，通常宜采取措施卸除或大部分卸除作用在结构上的荷载，但是在许多情况下初始荷载难以卸除，此时考虑初应力水平对加固构件承载力的影响。武汉大学杜新喜等开展了一批内填混凝土加固偏压钢管构件的试验研究图4c，为提出相应的设计方法提供了丰富的数据支持。采用外包混凝土加固法时，往往是由于钢构件承受荷载的水平较高，其他增大截面法已不适用。由于原构件承受较高的荷载水平，外包混凝土相对于原钢构件而言存在应力滞后现象，导致加固后构件与普通的劲性混凝土柱的受力性能存在差异，因此考虑高承载水平的加固后截面承载力设计方法需要重点研究。清华大学王元清等开展了负载下外包混凝土加固钢构件的试验研究和数值分析工作[23]图4d，考察了初应力水平对加固后构件承载能力的影响，为新国标《钢结构加固设计规范》的编制提供了一定的数据基础。为便于设计人员使用，两种组合加固法仍宜采用强度折减系数的概念，基于已有研究成果，建立强度折减系数与初应力水平的量化关系，从而对加固后截面的承载能力进行折减。
1.5 预应力加固法
钢结构预应力加固法是采用加预应力钢绞线对钢结构整体或构件进行加固的方法，特点是通过施加预应力改变原钢结构内力分布并降低原钢结构应力水平，后加部分与原结构能较好地共同工作，钢结构的总体承载能力可显著提高。预应力加固法对原有钢结构具有加固、改变原结构刚度和改变原有结构内力的三重效果，适用于较大跨度的钢结构加固，以及采用一般方法无法加固或加固效果不理想的较高应力、应变状态下的大型钢结构加固，同时还具有施工方便、经济可靠，预应力筋束可以单独防腐甚至可以更换等特点。
对于钢结构构件，预应力加固目前主要应用于梁式结构[24]包括实腹式梁和桁架梁等。加固后使得原梁式构件成为类张弦梁构件，有效地防止梁面外失稳的发生。对于柱构件，同样可以采用增设撑杆和拉索的方式进行加固，减小柱计算长度，提高刚度和稳定性，但相比于梁构件而言，预应力构件在柱构件中的应用较少。新国标《钢结构加固设计规范》编制时应注意收录常见的构件预应力加固方案部分方案见图5，并给出相应的设计方法。
a—预应力钢索加撑杆加固法； b—梁桁架预应力钢索加固法； c—梁桁架预应力拉杆吊挂加固法。
对于整体结构，预应力加固主要应用于刚度和稳定性存在问题的单跨刚架、拱架及某些桥跨结构，通过改变结构计算图形或者改善结构边界条件的方式，提高结构的刚度和稳定性[25]。规范编制时同样应注意全面收录整体结构预应力加固方案部分方案如图6所示，并对相关的加固验算内容作出规定。
a—预应力钢索加固法； b—预应力钢索+撑杆加固法； c—预应力钢索斜拉加固法； d—预应力悬索吊挂加固法； e—空间网络结构预应力钢索加固法。 1—塔架； 2—索； 3—原结构。
此外，预应力加固法在施工过程中的关键技术问题，包括预应力筋张拉程度、在典型钢结构构件和节点中的锚固方式等，宜在新版新国标《钢结构加固设计规范》中予以说明。
1.6 连接和节点的加固
1.6.1 栓焊并用连接节点加固
栓焊并用连接是指在一个连接节点中，摩擦型高强度螺栓连接和贴角焊缝并用连接，且承受同一剪切荷载作用。栓焊并用连接能很好地发挥螺栓连接和焊接两种连接方式的优点，在实际工程中能够得到广泛的应用。在采用螺栓连接设计不足或是使用荷载增大等情况下，可以采用栓焊并用连接进行节点加固补强。然而，由于两种连接形式的刚度差异较大，荷载传递与分配规律复杂，因此在原CECS 77∶96中对栓焊并用连接节点加固的应用作出了严格限制。近年来，清华大学、河北建工学院、中冶建筑研究总院等高校和科研机构的学者对栓焊并用连接开展了原型试验[26-27]、数值分析和理论推导研究，得到了栓焊并用连接节点的破坏模式和荷载分配规律，提出了相关设计方法，并被收录至JGJ 82—2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》[28]，栓焊并用连接的受剪承载力应分别按照下列算式[28]计算。
高强度螺栓与侧焊缝并用连接：
此文由西安建筑加固公司-中俊地达建筑加固工程有限公司整理。如果您有更多关于建筑房屋机构加固、钢结构加固、桥梁加固、粘钢加固、包钢加固、厂房加固、地基加固、抗震加固、火灾房加固、碳纤维加固的相关问题，欢迎给我们给我们来电沟通！
此文由西安建筑加固公司-中俊地达建筑加固工程有限公司整理。如果您有更多关于建筑房屋机构加固、钢结构加固、桥梁加固、粘钢加固、包钢加固、厂房加固、地基加固、抗震加固、火灾房加固、碳纤维加固的相关问题，欢迎给我们给我们来电沟通！
