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钢结构房屋的损害及其加固方法和特点

发布于：2022-11-14 09:21:14 来自：建筑结构/建筑加固 [复制转发]

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钢结构加固的主要方式有：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，当有成熟经验时，也可采用其他的加固方法。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。增加或加强支撑体系，也是对结构体系加固的有效方法。

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资料准备

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。

钢结构损坏的主要因素

1）由荷载变化，超期服役，规范和规程改变导致结构承载力不足；

2）构件由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等，致使构件截面削弱，杆件翘曲，连接开裂等；

3）温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲；

4）由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱；

5）其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。

钢结构的加固措施

1）截面补强法：在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力；

2）改变计算简图：增设附加支承，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强迫位移，降低应力峰值；

3）预应力拉索法：利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。

加固工艺介绍

1、粘贴加固

粘贴加固钢结构是利用粘结剂粘贴到钢结构损伤部位的表面，使一部分荷载通过粘结层传递，降低了结构损伤部位的应力。粘贴加固技术具有明显的优势：

1）比强度和比刚度高，加固后基本不增加原结构的自重和原构件的尺寸；

2）复合材料具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能；

3）柔性的复合材料对于任意封闭结构和形状复杂的被加固结构表面具有特别的优势。密封性好，减少了渗漏甚至腐蚀的隐患；

4）简便易行、成本低、效率高，在狭小空间亦可施工，特别适合现场修复；

5）施工过程中无明火，适用于各种特殊环境。

2、纤维布安装工艺

表面处理：

1）先用粗砂纸打磨构件的粘结区域，清理构件表层，用丙酮或酒精溶液擦洗表面，去除污染物，晾置干燥，用粘结剂浸润表面；

2）在设计要求的位置打孔，应远离待加固部位以免造成二次损伤；

3）在纤维布表面抹胶，将纤维束间的空隙初步封闭，稍干硬后进行灌胶；

4）胶稍干后第二次施加预应力至设计的控制应力（利用挤压效应，提高粘贴质量），用胶将纤维束充分浸透，提高共同工作性能；

5）常温下48小时后（气温较低时应适当延长时间），胶充分硬结后，割除多余的螺杆，根据结构的实际要求进行表面防护处理。

选材：

结构加固用碳纤维主要选用PAN基碳纤维，极限强度可达3500MPa，弹性模量约为2.35×109MPa。树脂体系采用环氧类材料。

设计：

根据待修补结构的受力特点、传力路径和应力-应变场，确定布的用量、尺寸和铺设方向等。纤维方向应尽量与损伤构件中最大受力方向保持一致。如果损伤部位处于复杂应力状态，则纤维取向和铺层顺序应尽量与控制主应力方向一致。

3、预应力加固

预应力加固钢结构方案可分为两种，一是直接粘贴法，将两端锚固并施加预应力后，通过胶粘剂粘贴在钢结构的表面；一般适用于构件表面较平整的拉杆，对构件或其局部进行加固；二是将束作为预应力拉索调整应力，一般适用于对整个结构进行整体加固。

预应力加固的优点：

1）加固工作可在不卸载、不停产的条件下进行；

2）施加预应力可直接减小变形，迅速消除超逾应力和内力峰值；

3）与非预应力方式相比，可消除应力滞后现象，充分利用的高强特性，提高加固效率；

4）结合可靠锚固，可降低粘结界面的剥离应力，避免整体剥落，提高加固的可靠性；

5）降低加固费用和使用成本。

4、嵌入式预应力张拉技术

钢结构加固的特殊性，需要一种简便的预应力施加方式，传统的预应力施加方式往往是先张拉后锚固，需要相对复杂的张拉机具，以及相应的反力装置。在锚固的时候，预应力损失也比较大。嵌入式预应力张拉技术，其特点就是先锚固后张拉，以构件本身和先前的锚固作为张拉受力装置，无需复杂的张拉机具。嵌入式预应力张拉技术可分次施加预应力，可对粘结层产生挤压效应，提高粘贴的可靠性。同时，因采用先锚固后张拉技术，预应力损失小，方法简便有效。

总结

建筑工程中的钢结构不可避免地存在各种缺陷和损伤，在荷载和环境等因素的作用下，材料发生变化，引起宏观力学性能的劣化，导致钢结构工程事故。为确保结构安全工作，延长使用寿命就必须对损伤构件进行更换或加固，更换这些构件将造成极大的浪费，而且会影响结构的正常使用。同时，结构损伤具有局部性和多发性特点，这些结构不可能在出现损伤时就立即退役。因此，寻求经济高效的钢结构加固技术既是土木工程领域亟待解决的技术问题，又是一个关系到社会可持续发展的问题。

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