浅谈钢结构的加固方法

重庆建筑加固钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、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，亦可采用其它加固方法。本文对钢结构的加固方法进行了详细的阐述。 
 
1.改变结构计算图形 
 
改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法；改变结构计算图形的一般加固方法： 
 
1.1对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固 
 
1.1.1增加支撑形成空间结构并按空间结构验算。 
 
1.1.2加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性。 
 
1.1.3增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性。 
 
1.1.4在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷。 
 
1.1.5在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。 
 
1.2对受弯杆件可采用下列改变其截面内力的方法进行加固 
 
1.2.1改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载。 
 
1.2.2改变端部支承情况，例如变铰接为刚结。 
 
1.2.3增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构。 
 
1.2.4调整连续结构的支座位置。 
 
1.2.5将结构变为撑杆式结构。 
 
1.2.6施加预应力。 
 
1.3对桁架可采取下列改变其杆件内力的方法进行加固 
 
1.3.1增设撑杆变桁架为撑杆式结构。 
 
1.3.2加设预应力拉杆。 
 
2.加大构件截面的加固 
 
采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。 
 
3.连接的加固与加固件的连接 
 
钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。 
 
钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。 
 
4.裂纹的修复与加固 
 
结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修复。在修复前，必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性，有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施，对不宜采用修复加固的构件，应予拆除更换。 
 
钢结构加固的主要方法有：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。增加或加强支承体系，也是对结构体系加固的有效方法。增加原有构件截面的加固方法是最费料最费工的方法（但往往是可行的方法）；改变计算简图的方法最有效且多种多样，其费用也大大下降。 
 
5.步骤/方法 
 
5.1确定加固方案前，应搜集下列资料 
 
5.1.1原有结构的竣工图（包括更改图）及验收记录。 
 
5.1.2原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告。 
 
5.1.3原有结构构件制作、安装验收记录。 
 
5.1.4原有结构设计计算书。 
 
5.1.5结构或构件破损情况检查报告。 
 
5.1.6现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据。 
 
5.2钢结构损害的主要因素及加固技术措施 
 
5.2.1钢结构损害的主要因素有：（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。 
 
5.2.2钢结构的加固技术措施主要有三种：（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。 
 
5.3预应力加固钢结构技术 
 
5.3.1传统的钢结构加固存在的问题：焊接加固时，高温作用使焊接部位的组织及性能劣化；而且焊缝必然存在缺陷，会产生新的裂纹；焊接结构内部存在残余应力，与其他作用结合可能导致开裂。焊接使结构形成连续的整体，裂缝一旦失稳扩展，就有可能一断到底，引发重大事故。 
 
采用螺栓连接需要在损伤部位附近的母材上开孔，削弱了截面，形成新的应力集中区；普通螺栓在动载作用下易松动，高强螺栓易发生应力松弛现象，降低了结构的修补效果。粘钢加固技术是在钢结构表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，依靠结构胶使之粘结成整体共同工作，以提高结构承载力。这些加固方法共同的缺点是使结构重量增加很多，钢板不易制作成各种复杂形状，运输和安装也不方便，且钢板易锈蚀，影响粘结强度，维护费用高。 
 
5.3.2粘贴加固钢结构的特点：粘贴加固钢结构是利用粘结剂将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到上，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。 
 
5.3.3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。 
 
6.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。