鑫祥威鋼結(jié)構(gòu)帶您了解鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)知識
2020-07-24 來自: 甘肅鑫祥威鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司 瀏覽次數(shù):769
鋼結(jié)構(gòu)加固是對可靠性不足或產(chǎn)權(quán)人要求提高可靠度的鋼結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其相關(guān)部分采取增強(qiáng)、局部更換或調(diào)整其內(nèi)力等措施,使其具有現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)權(quán)人所要求的安全性、適用性和耐久性。
《鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51367-2019)于2019年11月22日發(fā)布,自2020年6月1日起實(shí)施。本文結(jié)合新的鋼結(jié)構(gòu)加固標(biāo)準(zhǔn),介紹一些鋼結(jié)構(gòu)加固知識,不足之處歡迎指正。
1 鋼結(jié)構(gòu)加固流程
加固改造設(shè)計(jì)的基本流程詳見下圖:
加固前,應(yīng)根據(jù)建(構(gòu))筑物的種類,分別按現(xiàn)行***標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50144和《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50292進(jìn)行檢測或鑒定。當(dāng)與抗震加固結(jié)合進(jìn)行時(shí),尚應(yīng)進(jìn)行抗震能力鑒定。根據(jù)檢測鑒定結(jié)果出具項(xiàng)目的檢測鑒定報(bào)告。
結(jié)構(gòu)加固后的使用年限,應(yīng)由產(chǎn)權(quán)人和設(shè)計(jì)單位共同商定。當(dāng)結(jié)構(gòu)的加固材料中使用結(jié)構(gòu)膠粘劑或其他聚合物成分時(shí),其結(jié)構(gòu)加固后的使用年限宜按30年考慮,如需結(jié)構(gòu)加固后的使用年限為50年時(shí),其所使用的膠和聚合物的粘結(jié)性能,應(yīng)通過耐長期應(yīng)力作用能力的檢驗(yàn)。
鋼結(jié)構(gòu)的加固可分為直接加固與間接加固兩類,設(shè)計(jì)時(shí),可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的加固方法及配合使用的技術(shù)。直接加固宜根據(jù)工程的實(shí)際情況選用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和組合加固法。間接加固宜根據(jù)工程的實(shí)際情況采用改變結(jié)構(gòu)體系加固法、預(yù)應(yīng)力加固法。結(jié)構(gòu)加固的連接方法宜采用焊縫連接、摩擦型高強(qiáng)螺栓連接,亦可采用焊縫與摩擦型高強(qiáng)螺栓的混合連接等。
結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)可采用線彈性分析方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng),并應(yīng)符合現(xiàn)行***標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017的 有關(guān)規(guī)定。結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì),應(yīng)與實(shí)際施工方法緊密結(jié)合,采取有效措施,保證新增構(gòu)件及部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠,新增截面與原截面結(jié)合牢固,形成整體共同工作,并不應(yīng)對未加固部分,以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和地基基礎(chǔ)造成不利的影響。
2 鋼結(jié)構(gòu)加固材料
(1)原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件材料的材料強(qiáng)度
當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定認(rèn)為原設(shè)計(jì)文件有效,且未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接的性能有明顯退化時(shí),可采用原設(shè)計(jì)值。當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定認(rèn)為應(yīng)重新進(jìn)行現(xiàn)場檢測時(shí),應(yīng)采用檢測結(jié)果推定的屈服強(qiáng)度或條件屈服點(diǎn)進(jìn)行確定,當(dāng)按現(xiàn)場檢測的屈服強(qiáng)度推定值fy確定時(shí),其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f應(yīng)取fy與γR的比值,抗力分項(xiàng)系數(shù)γR應(yīng)取為1.2。
受有氣相腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)原構(gòu)件,當(dāng)其截面面積損失大于25%或其板件剩余厚度小于5mm時(shí),其驗(yàn)算時(shí)的鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,尚應(yīng)根據(jù)腐蝕等級乘以0.8~1.0強(qiáng)度降低系數(shù)。
(2)加固用鋼材及焊接材料
加固件的鋼號應(yīng)與原構(gòu)件的鋼號相同或相當(dāng),韌性、塑性及焊接性能應(yīng)能與原構(gòu)件鋼材相匹配。結(jié)構(gòu)加固用鋼筋的品種宜選用HRB400級或HPB300級鋼筋,其質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)***標(biāo)。結(jié)構(gòu)加固用焊接材料的質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)***標(biāo)準(zhǔn)。
(3)結(jié)構(gòu)膠粘劑
鋼結(jié)構(gòu)加固用的結(jié)構(gòu)膠粘劑,應(yīng)采用以鋼為基材的結(jié)構(gòu)膠,嚴(yán)禁采用以不飽和聚醋或醇酸樹脂為主成分的膠粘劑。當(dāng)使用環(huán)境為常溫時(shí),應(yīng)采用I類AAA級或AA級常溫結(jié)構(gòu)膠; 當(dāng)使用環(huán)境有高溫時(shí),應(yīng)采用II類或III類耐溫結(jié)構(gòu)膠。
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常用加固方法
(1) 增大截面法
增大截面法加固可采用焊接連接、螺栓連接、鉚釘連接和粘貼鋼板等方式。負(fù)荷狀態(tài)下,鋼構(gòu)件的焊接加固,應(yīng)根據(jù)原構(gòu)件的使用條件,校核其名義應(yīng)力σ0max不得超過應(yīng)力比限值規(guī)定,否則應(yīng)采用其他增大截面的方法進(jìn)行加固。
加固后構(gòu)件需滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全性、適用性及耐久性。以受彎構(gòu)件為例,平面內(nèi)受彎的加固構(gòu)件,抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足以下公式:
其中f為鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa),取截面中***強(qiáng)度級別鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;
ηm為彎構(gòu)件加固強(qiáng)度修正系數(shù),對雙側(cè)加固按下表取值,對單側(cè)加固按下表0.9倍取值。
主平面內(nèi)受彎的加固構(gòu)件,其整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算應(yīng)符合現(xiàn)行***標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017的規(guī)定,穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)按加固后截面計(jì)算,但驗(yàn)算時(shí),應(yīng)將鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f 改取為鋼材換算強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f’,并應(yīng)乘以強(qiáng)度折減系數(shù)ηm。
鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件加固后的總撓度不應(yīng)超過現(xiàn)行***標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017規(guī)定的限值。加固后受彎構(gòu)件的總撓度ωT應(yīng)包括加固前負(fù)荷下的初始撓度ω0,焊接時(shí)因加熱、固化引起的焊接殘余撓度ωw及焊后新增荷載下的撓度增量Δω。
(2) 粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法可用于鋼結(jié)構(gòu)受彎、受拉、受剪實(shí)腹式構(gòu)件的加固以及受壓構(gòu)件的加固。用本方法加固的鋼結(jié)構(gòu),其長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃;處于高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等特殊環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)采用本方法加固時(shí),除應(yīng)按***現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采取相應(yīng)的防護(hù)措施外,尚應(yīng)采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑,并應(yīng)按專門的工藝要求進(jìn)行粘貼。
受彎構(gòu)件采用粘鋼加固后,其受彎承載力以及受剪承載力的提高幅度,均不應(yīng)超過30%。
受彎承載力的加固計(jì)算,應(yīng)考慮不能卸載的荷載引起的原構(gòu)件應(yīng)力σ0的影響,并引人針對不同使用條件類別構(gòu)件的強(qiáng)度修正系數(shù)ηm,其計(jì)算公式如下:
受彎構(gòu)件的腹板上粘鋼進(jìn)行受剪加固時(shí),對于承受靜力荷載的構(gòu)件應(yīng)符合下列規(guī)定:
其中fv為計(jì)算部位原鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,ηv受彎構(gòu)件腹板粘鋼加固強(qiáng)度修正系數(shù),對于I、II類結(jié)構(gòu)取為0.80,對其他類結(jié)構(gòu)取為0.85。
對受彎構(gòu)件正彎矩區(qū)的正截面加固,其受拉面沿軸向粘貼的鋼板的截?cái)辔恢?,?yīng)從其強(qiáng)度充分利用的截面算起,且粘貼延伸長度的取值應(yīng)符合下式規(guī)定:
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結(jié)語
鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)所面臨的不確定因素遠(yuǎn)比新建工程多而復(fù)雜,需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)專家鑒定結(jié)論、相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)主要求綜合考量。