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鋼結構加固是對可靠性不足或產權人要求提高可靠度的鋼結構、構件及其相關部分采取增強、局部更換或調整其內力等措施,使其具有現行設計標準及產權人所要求的安全性、適用性和耐久性。
《鋼結構加固設計標準》(GB51367-2019)于2019年11月22日發布,自2020年6月1日起實施。本文結合新的鋼結構加固標準,介紹一些鋼結構加固知識,不足之處歡迎指正。
01
鋼結構加固流程
加固改造設計的基本流程詳見下圖:
加固前,應根據建(構)筑物的種類,分別按現行國家標準《工業建筑可靠性鑒定標準》GB 50144和《民用建筑可靠性鑒定標準》GB 50292進行檢測或鑒定。當與抗震加固結合進行時,尚應進行抗震能力鑒定。根據檢測鑒定結果出具項目的檢測鑒定報告。
結構加固后的使用年限,應由產權人和設計單位共同商定。當結構的加固材料中使用結構膠粘劑或其他聚合物成分時,其結構加固后的使用年限宜按30年考慮,如需結構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性能,應通過耐長期應力作用能力的檢驗。
鋼結構的加固可分為直接加固與間接加固兩類,設計時,可根據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。直接加固宜根據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。間接加固宜根據工程的實際情況采用改變結構體系加固法、預應力加固法。結構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。
結構加固設計可采用線彈性分析方法計算結構的作用效應,并應符合現行國家標準《鋼結構設計標準》GB 50017的 有關規定。結構的加固設計,應與實際施工方法緊密結合,采取有效措施,保證新增構件及部件與原結構連接可靠,新增截面與原截面結合牢固,形成整體共同工作,并不應對未加固部分,以及相關的結構、構件和地基基礎造成不利的影響。
02
鋼結構加固材料
(1)原結構、構件材料的材料強度
當結構可靠性鑒定認為原設計文件有效,且未發現結構構件或連接的性能有明顯退化時,可采用原設計值。當結構可靠性鑒定認為應重新進行現場檢測時,應采用檢測結果推定的屈服強度或條件屈服點進行確定,當按現場檢測的屈服強度推定值fy確定時,其抗拉強度設計值f應取fy與γR的比值,抗力分項系數γR應取為1.2。
受有氣相腐蝕的鋼結構原構件,當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計值,尚應根據腐蝕等級乘以0.8~1.0強度降低系數。
(2)加固用鋼材及焊接材料
加固件的鋼號應與原構件的鋼號相同或相當,韌性、塑性及焊接性能應能與原構件鋼材相匹配。結構加固用鋼筋的品種宜選用HRB400級或HPB300級鋼筋,其質量和性能應符合相關國家標。結構加固用焊接材料的質量和性能應符合相關國家標準。
(3)結構膠粘劑
鋼結構加固用的結構膠粘劑,應采用以鋼為基材的結構膠,嚴禁采用以不飽和聚醋或醇酸樹脂為主成分的膠粘劑。當使用環境為常溫時,應采用I類AAA級或AA級常溫結構膠; 當使用環境有高溫時,應采用II類或III類耐溫結構膠。
03
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。負荷狀態下,鋼構件的焊接加固,應根據原構件的使用條件,校核其最大名義應力σ0max不得超過應力比限值規定,否則應采用其他增大截面的方法進行加固。
加固后構件需滿足現行設計標準的安全性、適用性及耐久性。以受彎構件為例,平面內受彎的加固構件,抗彎強度應滿足以下公式:
主平面內受彎的加固構件,其整體穩定性的驗算應符合現行國家標準《鋼結構設計標準》GB 50017的規定,穩定系數應按加固后截面計算,但驗算時,應將鋼材抗彎強度設計值f 改取為鋼材換算強度設計值f’,并應乘以強度折減系數ηm。
鋼結構受彎構件加固后的總撓度不應超過現行國家標準《鋼結構設計標準》GB 50017規定的限值。加固后受彎構件的總撓度ωT應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構受彎、受拉、受剪實腹式構件的加固以及受壓構件的加固。用本方法加固的鋼結構,其長期使用的環境溫度不應高于60℃;處于高溫、高濕、介質侵蝕、放射等特殊環境的鋼結構采用本方法加固時,除應按國家現行有關標準的規定采取相應的防護措施外,尚應采用耐環境因素作用的膠粘劑,并應按專門的工藝要求進行粘貼。
受彎構件采用粘鋼加固后,其受彎承載力以及受剪承載力的提高幅度,均不應超過30%。
04
結語
鋼結構加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復雜,需要設計人員根據專家鑒定結論、相關規范標準及業主要求綜合考量。
參考文獻:
《鋼結構加固設計標準》GB 51367-2019,中國建筑工業出版社出版。
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