钢结构加固设计小结

摘要： 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。

关键词：钢结构 锈蚀 变形 加固 设计

一、概述

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：（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，使截面削弱过多等等。（2）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。（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。（4）使用的 钢材质量不符合要求。（5）意外、自然灾害对结构损伤严重。（6）由于地基基础下沉，引起结构的变形和损伤。

二、设计前的准备

确定加固方案前，应搜集下列资料：（1）原有结构的竣工图（包括更改图）及验收记录。（2）原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告。（3）原有结构构件制作、安装验收记录。（4）原有结构设计计算书。（5）结构或构件破损情况检查报告。（6）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据。

三、加固设计原则

结构或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：（1）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）结构加固方案要便于制作、施工，便于检查。（3）结构制造组装应尽量在生产区外进行。（4）连接加固应尽可能采用焊接或高强螺栓。 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。采用高强螺栓加固时，应验算钻孔截面削弱后的承载能力。

四、加固设计方法

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。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，有增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法。全面加固是对整体结构进行加固，有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。增加或加强支承体系， 也是对结构体系加固的有效方法。增加原有构件截面的加固方法是最费料最费工的方法（但往往是可行的方法）；改变计算简图的方法最有效且多种多样，其费用也大大下降。

（一）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方法。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。采用调整内力的方法加固结构时，应在加固设计中规定调整内力 （应力）或规定位移（应变）的数值和允许偏差及检测位置和检验方法。改变结构计算图形加固法通常采用的具体措施如下：1.对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固：①增加支撑形成空间结构并按空间结构验算；②加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性；③增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性；④在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷；⑤在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。2.对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固：①改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载；②改变端部支承情况，例如变铰接为刚结； ③增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构；④调整连续结构的支座位置；⑤将结构变为撑杆式结构；⑥施加预应力。3.对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固：①增设撑杆变桁架为撑杆式结构；②加设预应力拉杆。

（二）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，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：（1）注意加固时的净空限制，使新加固的构件不得与其他杆件相冲突。（2）加固设计应适应原有构件的几何状态，以利施工。（3）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。还应避免仰焊。（4）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。（5）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。

（三）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。

参考文献：

[1]《钢结构设计规范》 GB50017-2003

[2]《钢结构加固技术规范》CECS77:96

[3]《 钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001