10钢结构加固解析

• (3) 在负荷状态下，采用焊接方法加大构件截面， 应首先根据原有构件的受力、变形和偏心状态， 校核其在加固施工阶段的强度和稳定性，原有构 件的β值（β为原有构件中截面应力σ与钢材设计 值f的比值，即β=σ/f）满足下列要求时，方可在 负荷状态下加固： • 承受静力荷载或间接动力荷载的构件，β≤0.8； • 承受动力荷载的构件，β≤0.4 。 • (4) 钢构件加固后，应注意截面形心轴的偏移。计 算时应将偏心的影响包括在加固后增加的荷载效 应内，当形心轴的偏移值小于5%截面高度时，在 一般情况下可忽略其不利影响。
10.3增加截面加固法的计算
• 10.3.1一般规定
• (1) 采用增加截面加固钢结构时，如果加固施工时 能完全卸载，例如将构件全部拆卸下来放在地面上 进行加固，加固件与原有构件的应力水平是相当的， 加固后的构件的承载能力和刚度与相同截面的新构 件没有什么差别，可按《钢结构设计规范》 （GB50017）进行计算。 • (2) 采用增加截面加固钢结构时，如果在负荷状态 下进行加固施工时，加固件与原有构件应力水平的 差别会使加固后的构件的承载力和刚度降低，加固 后构件的承载力的计算应根据荷载形态分别进行计 算。 •
（3） 局部承压强度
• 承受动力荷载时，当加固后梁上翼缘受到沿腹板平面作用 的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计 算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：
• 式中F——集中荷载设计值，对动力荷载应考虑动力系数； • ψ——集中荷载增大系数：对重级工作制吊车梁，ψ=1.35； 对其他梁ψ=1.0； • lz——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度。
10.3.2轴心受力构件的加固计算 • 轴心受力构件的原有截面一般是对称的， 若其损伤非对称性不大，可采用对称的加 固方式；若其损伤非对称性较大，宜采用 不改变截面形心位置的加固方式，以减少 附加受力影响。当采用非对称或改变形心 位置加固截面时，应按偏心受力构件处理。
10.3.2.1轴心受力构件的强度
• 式中Mx1——加固过程中实有荷载（包括施工荷载）作用 下，绕x轴的弯矩设计值； 0 • φb—— 按加固前的梁截面确定的整体稳定系数； 0 • Wx——加固前的梁按受压纤维确定的对x轴的毛截面模量。
10.3.3.3加固后构件的刚度
• 受弯构件的刚度用荷载（标准值）作用下的挠度大小来度 量。 • (1) 当在卸荷状态下加固时，其挠度的计算方法与新结构 一样。 • (2) 当在负荷状态下加固时，其挠度按下式计算： v=v1+v2≤［v］ • 式中v1——构件在加固过程中的实有荷载（包括施工荷载） 标准值作用下产生的挠度； • v2——加固后构件在增加荷载标准值作用下产生的挠度； • ［v］——受弯构件的容许挠度值，详见《钢结构设计规 范》。 • 至于在加固过程中因焊接而产生的挠度宜通过施工措施来 解决。
• 新增加的连接单独受力时，与设计新结构 的连接没有什么不同，可按现行《钢结构 设计规范》设计计算。与原结构连接共同 受力时，要考虑新旧连接应力水平和工作 性能上的差异，分别进行计算。加固用的 连接材料和连接件宜与结构钢材和原连接 材料相匹配，如果原有材料已不再生产， 必须使用不相匹配的材料时，应进行专门 的研究，并找到可靠的依据。
10.2钢结构加固方法
• 钢结构的加固方法主要有： • 增加截面法；改变结构计算简图法；减轻 荷载法；增加构件、支撑和加劲肋法；增 强连接等。 • 钢结构加固方法的确定主要根据施工方法、 现场条件、施工期限和加固效果来加以选 择。加固件与原结构要能够工作协调，并 且不过多地损伤原结构和产生过大的附加 变形。
10.3.3.2在最大刚度主平面内受弯的实腹加固 构件的稳定性计算
• • • • • • •
（1） 承受静力荷载或间接动力荷载的构件
Mx/φbWx≤kf 式中Mx——加固后构件应承受的绕x轴的弯矩设计值； φb——加固后构件截面确定的整体稳定系数； Wx——加固后构件截面绕x轴的毛截面模量； k——加固折减系数，取0.9。 （2） 承受动力荷载的构件：
（4） 折算应力
• 加固后组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受 有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时 受有较大的正应力和剪应力（如连续梁支座处或 梁的翼缘截面改变处等），其折算应力应按下式 计算：
• 式中σ、τ、σc——分别为加固后构件腹板计算高 度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局 部压应力； • β1——计算折算应力的强度设计值增大系数，当 σ和σc异号时，取β1=1.2；当σ与σc同号时，取 β1=1.1。
9钢结构加固
• 本章提要 • 本章叙述了钢结构的加固方法——增加截 面法。介绍了增加截面加固方法的构造要 求，增加截面加固的计算，其中包括轴心 受力构件的加固计算、受弯构件的加固计 算、拉弯和压弯构件的加固计算。并介绍 了连接的加固。
10.1概述
• 在出现以下一些情况时，需要进行加固： • （1） 由于使用条件的变化，荷载增大； • （2） 由于设计或施工工作中的缺点，结构 或其局部的承载能力达不到设计要求； • （3） 由于磨损、锈蚀，结构或节点受到削 弱，结构或其局部的承载能力达不到原来 的要求； • （4） 有时出现结构损伤事故，需要修复。 修复工作也带有加固的性质。
• 10.3.3.1在最大刚度主平面内受弯的实腹加固构件的强度 计算 • (1) 抗弯强度 • ① 承受静力荷载或间接动力荷载的构件： • Mx / Wnx+My / Wny≤kf • 式中Mx、My——分别为加固后构件截面绕x轴和y轴的弯 矩设计值； • Wnx、Wny——分别为加固后构件截面绕x轴和y轴的净截面 模量； • k——加固折减系数，取0.9。 • ② 承受动力荷载的构件： M x1 M x M x1 M y1 M y M y1 f
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10.4.1焊缝连接的加固
• 一般说来，焊缝连接比螺栓或铆钉连接要方便， 不需要现场打孔，易于施工。在原结构使用焊缝 连接的情况下自然要采用焊缝连接。即使原结构 不是采用焊缝连接，但如果加固处允许焊接，也 可考虑采用焊缝连接。 • 如图10.9(a)所示的节点，腹杆只用侧面角焊缝连 于节点板，就可以加设正面角焊缝进行加固。如 果加设正面角焊缝还不够，则可以加高原有角焊 缝，但加高焊缝只能在一定限度之内。角钢肢尖 焊缝不超过角钢厚度，角钢肢背焊缝不能超过角 钢厚度的1.5倍，如图10.9(b)所示。当增加焊缝 高度有困难时，可以像图10.9(c)那样在加大节点 板的基础上加长焊缝。铆接的构件可以像图 10.9(d)那样用焊缝进行加固。焊接杆件加长角焊 缝还可以借助于短斜板，如图10.10所示，这种做 法比加大节点板要简便得多。
10.2.1增加截面法的截面加固形式
• 所谓增加截面的加固方法就是在原有结构的杆件 上增设新的加固构件，使杆件截面积加大从而提 高承载能力和刚度的方法。 • 增加截面的加固方法涉及面窄，施工较为简便， 尤其在满足一定前提条件下，还可在负荷状态下 加固，因而是钢结构加固中最常用的方法。 • 采用增加截面的加固方法，应考虑构件的受力情 况及存在的缺陷，在方便施工、连接可靠的前提 下选取最有效的加固形式（图10.1～ 图10.3）。
式中V——加固后构件所受的剪力设计值； S——加固后构件在计算剪力处以上毛截面对中和轴的毛截面模量； I——加固后构件的毛截面惯性矩； tw——加固后构件腹板的厚度； k ——加固折减系数，取0.9； fv——钢材的抗剪强度设计值。 ② 承受动力荷载的构件：
•
式中V1——加固过程中实际荷载（包括施工荷载）作用下的剪力设 计值； • I0——加固前构件的毛截面惯性矩； • S0——加固前构件在计算剪力处以上毛截面对中和轴的毛截面模量； • t0w——加固前原有构件腹板的厚度。
• 对承受静力荷载或间接动力荷载的构件，在一般 情况下可考虑原有构件和加固件之间的应力重分 布，按加固后整个截面进行承载力计算。但为了 考虑多种随机因素的影内，引入加固折减系数k： 对轴心受力的实腹构件取o．8;对偏心受力构件、 受弯构件和格构式构件取o．9。 • 对承受动力荷载的构件，采用“原有构件截面边 缘屈服”的准则。即加固时的荷载由原有构件单 独承担，加固后新旧截面共同工作，但不考虑塑 性变形后新旧截面的应力重分布，加固前原有构 件的应力与加固后增加应力之和不应大于钢材的 强度设计值。
10.2.2增加截面加固方法 的构造要求
• (1) 应保证加固构件有合理的传力途径，保证加固件与原 有构件能够共同工作。 • 无论是轴心受力构件还是偏心受力构件的加固，加固件均 宜伸入到原有构件的支座或节点板范围内并且有可靠的连 接。对受弯构件的加固，加固件的截断位置也要伸出理论 断点一定的距离，以保证在理论断点之前加固件能充分发 挥作用。 • (2) 加固件的布置应适应原有构件的几何形状或已发生的 变形情况，以利施工。但也应尽可能地采用不引起截面形 心轴偏移的形式，不可避免时，应在加固计算中考虑形心 轴偏移的影响。 • (3) 负荷状态下用焊接方法增加构件截面面积时，在保证 加固件与原有构件共同工作的前提下，加固件的焊缝宜对 称布置，采用较小的焊脚尺寸以减小焊接变形和焊接残余 应力，并竭力避免仰焊。
• (4) 增加截面的加固不应造成施工期间对原有构件 承载能力的过多削弱。不论原有结构是栓接结构 还是焊接结构，只要钢材具有良好的可焊性，应 尽可能采用焊缝连接方式。当采用高强度螺栓连 接时，在保证加固件和原有构件共同工作的前提 下，应选用较小直径的高强度螺栓。采用焊缝连 接时，不宜采用与原有构件应力方向垂直的焊缝。 • (5) 轻钢结构中的小角钢和圆钢杆件不宜在负荷状 态下焊接，必要时应采取适当措施。圆钢拉杆严 禁在负荷状态下用焊接方法加固。因为焊接时， 焊缝热影响区内的强度急剧下降，直接影响到加 固施工的安全。
10.3.2.1轴心受力构件的强度
• (2) 承受动力荷载的构件 • 式中N1——加固过程中实有荷载（包括施工荷载）作用下 的轴力的设计值； • An0 ——加固前的构件的净截面面积。 • 摩擦型高强度螺栓处的强度按下式计算：
• 式中n0——加固前构件连接一侧的高强度螺栓的总数； 0 • n1 ——加固前构件计算截面（最外列螺栓处）上的高强 度螺栓数。 • 摩擦型高强度螺栓连接加固后的拉杆，除按式（10.6）验 算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度： N1/A0+(N-N1)A≤f • 式中A0——加固前构件的毛截面面积。
• (1) 承受静力荷载或间接动力荷载的构件
• • • • • • • • • • σ=N/An≤kf 式中N——加固后构件的轴心拉力或压力设计值； An——加固后构件的净截面面积； k——加固折减系数，取0.8； f——钢材的强度设计值。 摩擦型高强度螺栓连接处的强度按下式计算： σ=N′/An≤kf N′=N(1-0.5n/n1) 式中n——加固后构件连接一侧的高强度螺栓总数； n1——加固后构件计算截面（最外列螺栓处）上的高强度 螺栓数； • 0.5——孔前传力系数。 • 摩擦型高强度螺栓连接的加固拉杆，除按式（10.2）验算 净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度：σ=N/A≤kf 式中A——加固后构件的毛截面面积。
0 Wnx
Wnx
0 Wny
Wny
• 式中Mx1、My1——分别为加固过程中的实际荷载（包括施 工荷载）作用下绕x轴和y轴的弯矩设计值； 0 0 • Wnx、Wny ——分别为加固前构件截面绕x轴和y轴的净截面 模量。
（2） 抗剪强度
• ① 承受静力荷载或间接动力荷载的构件：
• • • • • • •
10.3.2.2轴心受压构件的稳定性
• （1） 承受静力荷载或间接动力荷载的构件 N/φA≤kf • 式中φ——加固后轴心受压构件的整体稳定 系数。 • （2） 承受动力荷载的构件 0 0 • N /φA+(N-N )/φA≤f 0 • 式中φ——加固前轴心受压构件的整体稳定 系数。
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10.3.3受弯构件的加固计算
10.4连接的加固
• 连接的加固问题主要有三种情况： • ① 原有连接承载能力不足而对其进行加强，如对 原有焊缝加长加高，增加螺栓或铆钉的个数或直 径等； • ② 原有构件承载能力不足，需要用加固件进行加 固，加固件与原有构件要进行可靠的连接； • ③ 节点加固，如加强节点板、增加连接件和独立 的焊缝等。连接的加固方法根据加固的原因、目 的、受力状态、构造和施工条件，并考虑原有结 构的连接方法而确定，可采用焊接、高强度螺栓 连接和焊接与高强度螺栓混合连接的方法。