鑫祥威鋼結(jié)構(gòu)帶您了解鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計知識

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、局部更換或調(diào)整其內(nèi)力等措施，使其具有現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準及產(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)計標(biāo)準》（GB51367-2019）于2019年11月22日發(fā)布，自2020年6月1日起實施。本文結(jié)合新的鋼結(jié)構(gòu)加固標(biāo)準，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《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準》GB 50144和《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準》GB 50292進行檢測或鑒定。當(dāng)與抗震加固結(jié)合進行時，尚應(yīng)進行抗震能力鑒定。根據(jù)檢測鑒定結(jié)果出具項目的檢測鑒定報告。

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，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，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。

鋼結(jié)構(gòu)的加固可分為直接加固與間接加固兩類，設(shè)計時，可根據(jù)實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、摩擦型高強螺栓連接，亦可采用焊縫與摩擦型高強螺栓的混合連接等。

結(jié)構(gòu)加固設(shè)計可采用線彈性分析方法計算結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，并應(yīng)符合現(xiàn)行***標(biāo)準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準》GB 50017的 有關(guān)規(guī)定。結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計，應(yīng)與實際施工方法緊密結(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)件材料的材料強度

當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定認為原設(shè)計文件有效，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，可采用原設(shè)計值。當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定認為應(yīng)重新進行現(xiàn)場檢測時，應(yīng)采用檢測結(jié)果推定的屈服強度或條件屈服點進行確定，當(dāng)按現(xiàn)場檢測的屈服強度推定值fy確定時，其抗拉強度設(shè)計值f應(yīng)取fy與γR的比值，抗力分項系數(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，其驗算時的鋼材強度設(shè)計值，尚應(yīng)根據(jù)腐蝕等級乘以0.8~1.0強度降低系數(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。

（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，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，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行加固。

加固后構(gòu)件需滿足現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準的安全性、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，抗彎強度應(yīng)滿足以下公式：

其中f為鋼材的抗彎強度設(shè)計值(MPa)，取截面中***強度級別鋼材的抗彎強度設(shè)計值；

ηm為彎構(gòu)件加固強度修正系數(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)定性的驗算應(yīng)符合現(xiàn)行***標(biāo)準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準》GB 50017的規(guī)定，穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)按加固后截面計算，但驗算時，應(yīng)將鋼材抗彎強度設(shè)計值f 改取為鋼材換算強度設(shè)計值f’，并應(yīng)乘以強度折減系數(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《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準》GB 50017規(guī)定的限值。加固后受彎構(gòu)件的總撓度ωT應(yīng)包括加固前負荷下的初始撓度ω0，焊接時因加熱、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，除應(yīng)按***現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準的規(guī)定采取相應(yīng)的防護措施外，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)件的強度修正系數(shù)ηm，其計算公式如下：

受彎構(gòu)件的腹板上粘鋼進行受剪加固時，對于承受靜力荷載的構(gòu)件應(yīng)符合下列規(guī)定：

其中fv為計算部位原鋼材的抗剪強度設(shè)計值，ηv受彎構(gòu)件腹板粘鋼加固強度修正系數(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斷位置，應(yīng)從其強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)計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復(fù)雜，需要設(shè)計人員根據(jù)專家鑒定結(jié)論、相關(guān)規(guī)范標(biāo)準及業(yè)主要求綜合考量。