钢结构加固新技术及其应用研究

钢结构加固新技术及其应用研究

摘要：当前，我国经济发展取得了巨大进步，工业建筑物同民用建筑物数量与

规模不断扩大，钢结构工艺的作用也越来越突出。在钢结构过去存在的各种不足

与使用的具体条件发生变化，钢结构的实际强度、刚度以及结构性能稳定性不能

再使正常使用要求得到满足的情况下，就需要对落后的钢结构进行加固技术的改造。

关键词：钢结构，加固新技术，应用

引言

钢结构具有材料强度高、质量轻、塑性及韧性好、抗震性能好、工业装配化程度高、造

型美观、综合社会经济效益显著的优点。近年来，随着钢铁产量的提高、钢材材性的不断改进、钢结构设计理论的发展进步和对于大跨、高层、超高层建筑需求的增加，钢结构的发展

和应用突飞猛进。然而，伴随着钢结构建筑数量的增长，钢结构建筑的许多安全问题也逐渐

暴露出来，尤其是近年来，钢结构安全事故频发，给人民生命财产安全造成了巨大的损失。

在积累诸多经验教训的同时，亟需对存在安全隐患的既有钢结构进行加固，以规避钢结构事

故的发生。

1 对钢结构进行加固的原则

（1）在对钢结构进行鉴定的具体结果表明钢结构的结构稳定性无法使正常生产需求得到满足时，需要对钢结构开展加固处理操作。对钢结构进行加固的实际范围以及具体内容需要

从鉴定结果的内容以及加固完成后的具体使用要求来进行考虑，具体设计单位需要通过与业

主进行协商对需要进行加固操作的部位进行确定。

（2）在对钢结构进行加固后，其具体的安全等级需要依照钢结构受到破坏后的严重程度与钢结构的具体重要程度来判定的。其实际操作的加固方案通过钢结构设计单位以及业主单

位根据钢结构的实际破坏程度以及具体使用情况来进行确定。

（3）在对钢结构进行加固的过程当中，基本来讲需要做到最大限度的不影响生产或对生产造成较小的影响，因为一旦停产，由此导致的损失通常是进行钢结构加固操作费用的很多倍。在对钢结构进行加固时是否能够在不停产的情况下进行结构的加固操作，其主要的影响

因素是进行加固的钢结构在进行加固操作的过程中所表现出来的应力应变情况，通常情况下

构件所具有的应力不能超过进行钢材设计时具备强度的百分之八十。

2 常用加固材料的迭择

2.1 钢材的选择

通常情况下,应优先选用HPB300级钢筋。其次可选用HRB400级和RRB400级钢筋等。但

有时也需要因实际情况而定,如当受力构件采用化学值筋时, 就应选用热轧带肋钢筋, 且钢筋的

质量需符合现行的国家标准，当受力构件采用钢螺纹杆时, 宜选用Q345级、Q235级全螺纹

钢螺杆；当受力构件为钢板、扁钢、型钢或钢管时,宜优先选用Q345钢或Q325钢，对于重

要结构的焊接构件 ,应考虑优先选用Q235-B级钢,其次也可选用Q390钢、Q420钢等,但钢材

质量和性能设计必须符合现行的国家标准。

2.2 纤维复合材料的选择

一般来说,用于建筑领域的纤维增强复合材料主要包括三种:以聚丙烯或中间沥青为原材料经高温碳化制成的直径约为5-8μm的碳纤维,有机材料,高分子聚合物形成的芳纶纤维以及主

要成分为二氧化硅的玻璃纤维。在工程实际中，应根据需要加固对象的特点合理的进行选择。

2.3 混凝土的选用

加固所用的混凝土选择标准应满足收缩性小、黏结性好的特点 ,强度等级应与被加固的构

件的混凝土强度相同或至少提高一级，且不应低于C20。通常，提高混凝土的强度等级是为

了保证新旧界面的粘接强度，减少加固部分的体积，减低对原有构件空间的影响等。如果被

加固构件的混凝土强度大于C40时，新加混凝土强度登记可与被加固构件相同。对于结构加

固用的混凝土，可选择商品混凝土，但所惨的煤粉应为1级灰，且烧失量不应大于5%，当选用合成短纤维混凝土，聚合物混凝土，钢纤维混凝土，微膨胀混凝土或喷射涅凝土时，应在

施工前进行试配，经检验其性能符合设计要求后方可使用。在选择粗骨料时，应尽量选用坚

硬，耐久性好的碎石或卵石，但尤其需要注意的一点是不得使用铝粉乍为混凝土的膨胀剂。

3 钢结构加固新技术及其应用研究

3.1 增大截面焊接加固法

增大截面法是一种基本的加固方法，而其中通过焊接方式增大截面是钢结构加固中最传

统也是最直接的选择。尤其是在承载条件下，由于焊接加固施工的便捷性和可靠性，往往成

为钢结构加固的首选方案。CECS77∶96对焊接加固钢结构构件的设计方法进行了较为详细的

说明，此外，行业标准YB9257—96《钢结构检测评定及加固技术规程》也收录了焊接加固钢

结构设计方法的相关条文。长期以来，承载条件下焊接加固钢结构工作是按照上述两本标准

进行的，但由于缺乏充分的试验基础和数值分析，两本标准在应力比限值及相关参数的取值

上存在差异，计算式主要沿用苏联标准，存在着诸多不合理之处，难以保证焊接加固过程的

安全性和加固后构件的适用性;国内外虽有一些相关研究，但均未落实到量化的标准条文和设

计方法。基于此，国标《钢结构加固设计规范》编制组开展了承载条件下焊接加固钢结构构

件承载性能的研究工作，对轴心受压构件、受弯构件、偏心受压构件经焊接加固后的力学性

能进行了大量的试验研究和数值分析，细致考察了焊接加固过程中构件的应力重分布、变形

发展历程以及加固后的残余变形、破坏模式和承载能力，分析了初始负载水平、初始几何缺陷、焊接残余应力等对构件承载性能的影响规律，为国标《钢结构加固设计规范》的编制提

供了基础数据和理论支持。结合现有的研究进展，虽然增大截面焊接加固法并非新加固技术，但其具体应用将包含新的技术要点。

3.2 粘贴钢板加固法

粘钢加固法是比较新颖的一种加固方法，它是在混凝土构件表面用特别的建筑结构胶粘

贴钢板，使钢板与混凝土牢固的形成一体，共同受力，补偿或提高截面的承载力，以达到加

固补强的作用。其优点是简单、快速、技术可靠，不影响结构外形，施工时对生产和生活影

响较小。这种加固方法适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件及剪力墙的开洞加固；且

环境温度不大于60摄氏度，相对湿度不大于70%，以及无化学腐蚀影响的构件，否则应采

取防护措施。当构件的实测混凝土强度等级低于C15时，不宜采用本方法进行加固。粘钢加

固法中钢材一般为Q235或Q335钢，厚度以3～6mm为宜。

3.3 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，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。

3.4 预应力加固法

这是一种采用外加预应力的钢拉杆或撑杆，对结构进行加固的方法。该方法除了能提高

结构的承载能力外，还可增强构件的刚度和抗裂性能，并能较大幅度的提高结构的整体承载

能力。另外，还具有协和，加固和改变结构受力的三重效果，且加固后占用的空间小。因而，该方法可用于大型结构、大跨度结构的粱板、柱、屋架、网架等的加固。但不适用于混凝土

收缩徐变大的结构的加固和在无防护的情况下用于600℃以上的高温场所。

结束语

混凝土结构加固技术还有待于在实践中进一步探索，随着建筑科学技术的不断进步以及

新型建筑材料的不断出现，建筑结构加固方法将会有更大拓展，因而加固施工方案的选择也

将具有更为广阔的空间。

参考文献：

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[2]王元清,宗亮,施刚,石永久.钢结构加固新技术及其应用研究[J].工业建筑,2017,47(02):1-

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