1、1第第12章章 钢结构的加固技术一、一、 钢结构加固的基本要求钢结构加固的基本要求1.钢结构加固的一般规定钢结构加固的一般规定1）钢结构的加固应根据可靠性鉴定所评定的可靠性等级和结论）钢结构的加固应根据可靠性鉴定所评定的可靠性等级和结论进行。进行。2）加固后钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度、）加固后钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度、结构的重要性（等级）和加固后建筑物功能是否改变、结构结构的重要性（等级）和加固后建筑物功能是否改变、结构使用年限确定。使用年限确定。3）钢结构加固设计应与实际施工方法紧密结合，并应采取有效）钢结构加固设计应与实际施工方法紧密结合，并应采取有效
2、措施保证新增截面、构件和部件与原结构连接可靠，形成整措施保证新增截面、构件和部件与原结构连接可靠，形成整体共同工作。体共同工作。24）对于高温、腐蚀、冷脆、振动、地基不均匀沉降等原因造成）对于高温、腐蚀、冷脆、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，提出其相应的处理对策后再进行加固。的结构损坏，提出其相应的处理对策后再进行加固。5）对于可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的钢结构，在）对于可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的钢结构，在加固之前，应采取相应的临时安全措施，以防止事故的发生加固之前，应采取相应的临时安全措施，以防止事故的发生。6）在加固施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位
3、有未）在加固施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位有未预及损伤或严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固设计者预及损伤或严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固设计者采取有效措施后方能继续施工。采取有效措施后方能继续施工。7）钢结构的加固设计应综合考虑其经济效益。应不损伤原结构）钢结构的加固设计应综合考虑其经济效益。应不损伤原结构，避免不必要的拆除或更换。，避免不必要的拆除或更换。 32.钢结构加固的计算原则钢结构加固的计算原则1）计算简图应与实际情况相符，并应适当考虑结构实际工作中的有利）计算简图应与实际情况相符，并应适当考虑结构实际工作中的有利因素，如结构的空间作用、新结构与原结构的共同工作等
4、。因素，如结构的空间作用、新结构与原结构的共同工作等。2）结构的验算截面，应考虑损伤、缺陷、裂缝和锈蚀等不利影响。计）结构的验算截面，应考虑损伤、缺陷、裂缝和锈蚀等不利影响。计算中尚应考虑加固部分与原构件协同工作的程度、加固部分可能的算中尚应考虑加固部分与原构件协同工作的程度、加固部分可能的应变滞后的情况等，对其总的承载能力予以适当折减。应变滞后的情况等，对其总的承载能力予以适当折减。3）承载能力验算时，应考虑结构实际工作中的荷载偏心、结构变形和）承载能力验算时，应考虑结构实际工作中的荷载偏心、结构变形和局部损伤、施工偏差以及温度作用等不利因素使结构产生的附加内局部损伤、施工偏差以及温度作用等
5、不利因素使结构产生的附加内力。力。4）加固后使结构重量增加或改变原结构传力路径时，应对建筑物的基）加固后使结构重量增加或改变原结构传力路径时，应对建筑物的基础进行验算。础进行验算。5）对焊接结构，加固时原有构件或连接的实际应力值应小于）对焊接结构，加固时原有构件或连接的实际应力值应小于0.55fy，且不得考虑加固构件的塑性变形发展；非焊接钢结构加固时，其实且不得考虑加固构件的塑性变形发展；非焊接钢结构加固时，其实际应力值应际应力值应小于小于0.7fy。当不满足时，不得在负荷状态下进行加固。当不满足时，不得在负荷状态下进行加固。 43.钢结构加固的设计与施工钢结构加固的设计与施工（1）结构加固设
6、计应具备的基本资料）结构加固设计应具备的基本资料1）原结构的竣工图（包括更改图）和验收记录。）原结构的竣工图（包括更改图）和验收记录。2）原结构的计算书；）原结构的计算书；3）结构或构件破损情况检查报告；）结构或构件破损情况检查报告；4）原结构的建造历史和使用情况；）原结构的建造历史和使用情况；5）原钢材材质报告或现场材质检验报告。若缺乏原始资料，应）原钢材材质报告或现场材质检验报告。若缺乏原始资料，应在原结构上取样检验；在原结构上取样检验；6）原结构构件制作、安装验收记录；）原结构构件制作、安装验收记录；7）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据等。）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据等。5
7、3.钢结构加固的设计与施工钢结构加固的设计与施工（2）加固方案的选择）加固方案的选择 加固的方法有：改变结构的计算图形、加大构件截面、连加固的方法有：改变结构的计算图形、加大构件截面、连接的加固、阻止裂纹扩展等。接的加固、阻止裂纹扩展等。 钢结构加固一般采用焊接连接和高强螺栓连接，有时亦可钢结构加固一般采用焊接连接和高强螺栓连接，有时亦可采用焊缝和高强螺栓混合连接。采用焊缝和高强螺栓混合连接。1）焊接结构的加固以采用焊接连接为主，应避免仰焊。当施焊）焊接结构的加固以采用焊接连接为主，应避免仰焊。当施焊困难且零件的接触面较紧贴时，可采用摩擦型高强螺栓连接困难且零件的接触面较紧贴时，可采用摩擦型高
8、强螺栓连接。2）对轻钢结构杆件，因截面过小，在负荷状态下不得采用电焊）对轻钢结构杆件，因截面过小，在负荷状态下不得采用电焊加固。加固。3）在受）在受拉构件中，加固焊缝的方向应与构件中拉应力的方向一致。63.钢结构加固的设计与施工钢结构加固的设计与施工（2）加固的设计）加固的设计1）减轻荷载。改用轻质材料及其他减少荷载的方法。）减轻荷载。改用轻质材料及其他减少荷载的方法。2）改变结构的静力计算简图。采取措施使结构发生符合设计意）改变结构的静力计算简图。采取措施使结构发生符合设计意图的内力重分布，以调整原有结构中的应力，改善被加固构图的内力重分布，以调整原有结构中的应力，改善被加固构件的受力情况。
9、件的受力情况。3）对原结构的构件截面和连接进行补强。）对原结构的构件截面和连接进行补强。注意：注意：加固方案不仅要技术先进、经济合理、加固效果良好，还要加固方案不仅要技术先进、经济合理、加固效果良好，还要尽可能不影响生产，方便施工。尽可能不影响生产，方便施工。 加固设计应遵守加固设计应遵守钢结构设计规范钢结构设计规范。 尽量减少加固工作量，充分发挥原有结构的潜力。尽量减少加固工作量，充分发挥原有结构的潜力。 负荷状态下加固时，首先应尽量减轻施工荷载，减轻或卸掉负荷状态下加固时，首先应尽量减轻施工荷载，减轻或卸掉活荷载，以减小原有结构构件中的应力。活荷载，以减小原有结构构件中的应力。 73.钢结
10、构加固的设计与施工钢结构加固的设计与施工（4）钢结构加固的施工）钢结构加固的施工1）卸荷加固。结构损坏较严重或构件及接头的应力很高，需卸）卸荷加固。结构损坏较严重或构件及接头的应力很高，需卸荷降低应力。荷降低应力。2）从原结构上拆下加固或更新部件。）从原结构上拆下加固或更新部件。3）负荷加固）负荷加固 。注意：注意：加固时，必须保证结构的稳定加固时，必须保证结构的稳定;清除原结构表面的灰尘，刮除油漆、锈迹，以利施工清除原结构表面的灰尘，刮除油漆、锈迹，以利施工 ;先修复结构上的缺陷、损伤（如位移、变形、挠曲等），然先修复结构上的缺陷、损伤（如位移、变形、挠曲等），然后才进行加固。后才进行加固。
11、在负荷状态下用焊接连接加固时，应注意以下问题：在负荷状态下用焊接连接加固时，应注意以下问题： 8 应慎重选择焊接参数（如电流、电压、焊条直径、焊接应慎重选择焊接参数（如电流、电压、焊条直径、焊接速度等），尽可能减小焊接时输入的热能量，避免由于焊速度等），尽可能减小焊接时输入的热能量，避免由于焊接输入的热量过大，而使结构构件丧失过多的承载能力。接输入的热量过大，而使结构构件丧失过多的承载能力。 确定合理的焊接顺序，以便焊接应力尽可能减小。确定合理的焊接顺序，以便焊接应力尽可能减小。 先加固最薄弱的部位和应力较高的杆件。先加固最薄弱的部位和应力较高的杆件。 凡能立即起到补强作用，并对原构件强度影响
12、铰小的部凡能立即起到补强作用，并对原构件强度影响铰小的部位先施焊，如加固桁架的腹杆时，应先焊好杆件两端节点位先施焊，如加固桁架的腹杆时，应先焊好杆件两端节点的焊缝，然后再焊中段焊缝；如加大角焊缝的厚度时，必的焊缝，然后再焊中段焊缝；如加大角焊缝的厚度时，必须从焊缝受力较低的部位开始施焊；须从焊缝受力较低的部位开始施焊； 采用焊接加固的环境温度应在采用焊接加固的环境温度应在0以上，最好在大于或以上，最好在大于或等于等于+10的环境下施焊。的环境下施焊。9二、 钢结构的加固方法1.结构的卸荷方法结构的卸荷方法（1）梁式结构）梁式结构 增设增设临时支柱临时支柱或组成或组成撑杆式结构撑杆式结构张紧其拉
13、杆对屋架进行改张紧其拉杆对屋架进行改变应力卸荷。由于屋架从两个支点变为多支点，所以需进行变应力卸荷。由于屋架从两个支点变为多支点，所以需进行验算，特别应注意应力符号改变的杆件。临时支承节点处的验算，特别应注意应力符号改变的杆件。临时支承节点处的局部受力情况也应进行核算；采取临时措施防止支承点在平局部受力情况也应进行核算；采取临时措施防止支承点在平面外失稳。面外失稳。 101212223（a）用临时支柱卸载（b）用撑杆式构架卸载1-临时支柱2-千斤顶3-拉杆屋架卸荷示意屋架卸荷示意 11（2）柱子 一般采用设置临时支柱卸去屋架和吊车梁的荷载。 12122121-被加固柱2-临时支柱(b)(c)(
14、a)12（2）柱子 当下段柱需要加固甚至截断拆换时，一般采用“托梁换柱”的方法，此时应对两侧相邻柱进行承载力验算。12534312111222556111-牛腿2-千斤顶3-临时支柱4-柱子被加固部分5-永久性特制珩架6-柱子被拆除部分(a)下部柱加固(b)下部柱截断拆除1-113（3）托架 可利用吊车梁作为支点使托架卸荷。应验算吊车梁得强度。 Q142.改变结构计算图形加固法改变结构计算图形加固法 采用改变荷载分布状况、传力路径、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。 应对被直接加固结构进行承载能力和正常使用极限状态的计算外，尚应对相
15、关结构进行必要的验算，并采取切实可行的合理的构造措施，保证其安全。 改变结构计算简图加固的途径：增加结构或构件的刚度；改变受弯构件截面内力；改变桁架杆件内力；与其他结构共同工作形成混合结构，以改善受力情况。，以改善受力情况。15（1）增加结构或构件的刚度法）增加结构或构件的刚度法 1）增加屋盖支撑以加强结构的空间刚度。11增设屋盖支撑增设屋盖支撑 16（1）增加结构或构件的刚度法）增加结构或构件的刚度法 2）加设支撑增加结构刚度，或调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构的动力特性。增设支撑构件增设支撑构件 （a）增设梁支柱（b）增设梁撑杆（c）增设加角撑（d）梁下加斜立柱17（1）增加
16、结构或构件的刚度法）增加结构或构件的刚度法 3）增设支撑或辅助杆件使构件的长细比减少以提高其稳定性。增设杆件增设杆件（a）上弦加固（平面内稳定性）（b）斜腹杆加固（平面内稳定性）18（1）增加结构或构件的刚度法 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。加强一列柱刚度加强一列柱刚度 F（b）加固后（a）加固前 F19（1）增加结构或构件的刚度法 5）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。设置拉杆加强结构刚度设置拉杆加强结构刚度 （a）加强输电线支架的刚度 拉索拉杆（b）减少悬臂端的颤动20（2）改变受弯构件截面内力法1）改变荷载的分布情况
17、，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载。2)改变端部的支承情况，例如变铰接为刚接. 铰接为刚接铰接为刚接21（2）改变受弯构件截面内力法3）增加中间支座，或将两简支结构的端部连接起来使之成为连续结构。支座处由铰接改为刚接支座处由铰接改为刚接 22（2）改变受弯构件截面内力法4）调整连续结构的支座位置。 5）将构件变为撑杆式结构。 构件变为撑杆式结构构件变为撑杆式结构（a）简支梁下设撑杆（b）立柱横向设撑杆（c）屋架下设撑杆23（2）改变受弯构件截面内力法6）施加预应力。 施加预应力施加预应力 111-124（3）改变桁架杆件内力法 1）增设撑杆变桁架为撑杆式构架。 桁架变为撑杆式结构桁架变为撑
18、杆式结构25（3）改变桁架杆件内力法2）加设预应力拉杆。 桁架中加设预应力拉杆桁架中加设预应力拉杆 26（3）改变桁架杆件内力法3）将静定桁架变为超静定桁架。 静定桁架变为超静定桁架静定桁架变为超静定桁架 （a）加固前 （b）加固后27（3）改变桁架杆件内力法4）与其他结构共同工作形成混合结构，以改善受力情况。 使天窗架与屋架连成整体共同受力使天窗架与屋架连成整体共同受力283.加大构件截面加固法 加固可能是在负荷、部分卸荷或全部卸荷状况下进行，加固前后结构几何特性和受力状况会有很大不同，因而需要根据结构加固期间及前后，分阶段考虑结构的截面几何特性、损伤状况、支承条件和作用其上的荷载及其不利组
19、合，确定计算简图，进行受力分析，找出结构的可能最不利受力，以确保安全可靠。 对于超静定结构尚应考虑因截面加大，构件刚度改变使体系内力重分布的可能。 29注意事项：注意事项：1）加固时的净空限制，使补强零件不与其他构件相碰。）加固时的净空限制，使补强零件不与其他构件相碰。2）补强方法应能适应原有构件的几何形状或己发生的变）补强方法应能适应原有构件的几何形状或己发生的变形情况，以利施工。形情况，以利施工。3）尽量减少补强施工工作量。尽可能采用焊接方法补强。）尽量减少补强施工工作量。尽可能采用焊接方法补强。应尽量减少焊接工作量和注意合理的焊接顺序。应尽量减少焊接工作量和注意合理的焊接顺序。4）尽可能
20、使被补强构件的重心轴位置不变，以减少偏心）尽可能使被补强构件的重心轴位置不变，以减少偏心所产生的弯短。所产生的弯短。5）考虑补强后的构件便于油漆和维护，避免形成易于积）考虑补强后的构件便于油漆和维护，避免形成易于积聚灰尘的坑槽而引起锈蚀。聚灰尘的坑槽而引起锈蚀。6）焊接补强时应采取措施尽量减小焊接变形。）焊接补强时应采取措施尽量减小焊接变形。7）受压构件或受弯构件的受压翼缘破损和变形严重时，）受压构件或受弯构件的受压翼缘破损和变形严重时，为避免矫正变形或拆除受损部分，可在杆件周围包以钢筋为避免矫正变形或拆除受损部分，可在杆件周围包以钢筋混凝土，形成劲性钢筋混凝土的组合结构。应在外包钢筋混凝土，
21、形成劲性钢筋混凝土的组合结构。应在外包钢筋混凝土部位焊接能传递剪力的零件。混凝土部位焊接能传递剪力的零件。30三、 钢结构的具体加固技术1.钢柱加固（1）柱子卸荷法 加固上部柱时，可以利用吊车梁桥架支托起屋盖屋架，使柱子卸荷。 加固下柱或工艺需要截去下柱时，可在吊车梁下面设一永久性托梁，将上部柱荷载（包括吊车梁荷载）分担于邻柱（必须验算邻柱并进行加固，同时验算基础）上。 31（2）钢柱加固法1）补强柱的截面。用钢板或型钢，采用焊接或高强螺栓与原柱连接成一个整体。2）增设支撑。以减小柱自由长度，提高承载能力。在截面尺寸不变的情况下提高柱子稳定性。3）改变计算简图，减小柱外荷载或内力。4）在钢柱四
22、周外包钢筋混凝土进行加固，可明显提高承载能力。（3）柱脚加固法1）底板厚度不足的加固法：增设柱脚加劲肋；在柱脚型钢间浇筑混凝土，为增加粘结力，柱脚表面油漆和锈蚀要清除干净。2）锚固不足的加固方法：（a）增设附加锚栓。当混凝土基础较宽大时采用。b）将整个柱脚包以钢筋混凝土。32（4）柱加固承载力验算法 1）负荷状态下加固：对静载结构，当截面一部分进入塑性状态，应力最终能重新分配，计算中以新老截面共同工作原则来计算；动载结构情况下，塑性区很难形成，不考虑应力重分配，将加固前和加固后的情况分别计算，然后求其总和。2）卸荷状态下：截面验算按加固后总截面计算，并考虑加固折减系数，按现行规范计算。33负荷
23、状态下加固的计算公式1）轴心受压柱强度验算 2）轴心受压柱整体稳定验算静力荷载 动力荷载 fAAkNNnn)(fAANANnnnfAAkNNz)(fAANANzz)(34负荷状态下加固的计算公式3）偏心受压（压弯）柱强度验算，计算时不考虑加固柱受弯塑性变形发展。 静力荷载 动力荷载 fkWMAAkNNznxzxnn)(fWMAANWMANznxnnnxxn35负荷状态下加固的计算公式4）偏心受压（压弯）实腹柱整体稳定验算。 静力荷载弯矩作用平面内整体稳定验算：弯矩作用平面外整体稳定验算： fNNNWkMAAkNNzExzxxzxmxzx)8 . 01 ()(1fWkMAAkNNzxzbzxtx
24、zy1)(36负荷状态下加固的计算公式4）偏心受压（压弯）实腹柱整体稳定验算。 动力荷载弯矩作用平面内整体稳定验算：弯矩作用平面外整体稳定验算： fNNWMAANNNWMANzExzxxxmxzxzExxxxmxzx)8 . 01 ()()8 . 01 (11fWMAANWMANzxzbxtxzyxzbxtxzy11)(37负荷状态下加固的计算公式5）轴心受压实腹柱局部稳定验算。 工字形截面翼缘板： 腹板： yftb235)1 . 010(ywfth235)5 . 025(038负荷状态下加固的计算公式6）偏心受压实腹柱（压弯构件）局部稳定验算。 翼缘板： 腹板（工字形截面压弯构件）： 当 时
25、：当 时： yftb235156 . 100ywfth235)165 . 025(000 . 26 . 10ywfth235)2 .26485 . 0(0039 2.钢梁加固（1）梁卸荷法 用临时支柱卸荷；对于实腹式梁设置临时支柱时，应注意临时支柱处实腹梁腹板的强度和稳定，以及翼缘焊缝（或栓钉）的强度；对于吊车梁，限制桥式吊车运行，即相当于大部分已卸荷。（2）梁加固方法改变梁支座部分成为连续梁；支撑加固法；吊杆加固法；增大梁截面加固法。 40（3）梁截面加固承载力验算 不考虑截面塑性发展，负荷状态下截面加固后可按下列公式验算: 1）强度验算 抗弯强度验算静力荷载： 动力荷载： fkWMMznx
26、xxfWMWMznxxnxx411）强度验算 抗剪强度验算静力荷载： 动力荷载： 局部承压强度验算静力荷载：动力荷载：vzwzzftkISVV)(vzwzwfItSVItVSflktFFzzwc)(fltFltFzzwzwc422）整体稳定验算静力荷载： 动力荷载：3）组合截面梁局部稳定验算翼缘：腹板： 不设横向加劲肋时 仅设横向加劲肋时 当设有纵向加劲肋和横向加劲助时，加劲肋间距和尺寸应符合规范规定设置要求。fWkMMzxzbxfWMWMzxzbxzbxyftb23515ywfth235800ywfth235170043 3.钢屋架、托架加固钢屋架、托架加固（1）卸荷方法 尽量在负荷状态下进
27、行。可利用吊车梁使托架卸荷，即在制动结构中辅助桁架上设临时支柱对托架进行卸荷。（2）加固方法 根据原屋架存在的问题、原因、施工条件和经济条件来选择。 （3）杆件截面加固承载力验算方法 杆件有轴心受拉、轴心受压、拉弯和压弯杆件四类，后两类一股都是因为节间荷载产生弯矩所致。 44 1）轴心受拉杆件强度验算静力荷载动力荷载2）轴心受压杆件强度验算 按实腹式轴心受压柱的公式验算强度和整体稳定。由于杆件均有型钢组成，局部稳定不必验算。fAAkNNnn)(fAANANnnn45 3）拉弯杆件强度验算静力荷载动力荷载4）压弯杆件强度验算 压弯杆件的强度和整体稳定按实腹式压弯柱的计算公式验算，局部稳定不必验算
28、。 卸荷状态下加固截面，其承载力均按负荷状态下作用静力荷载的计算公式验算。 fkWMAAkNNznxzxnn)(fWMAANWMANznxxnnnxxn46 4.连接和节点加固连接和节点加固 构件截面的补增或局部构件的替换，都需要适当的连接，补强的杆件必须通过节点加固才能参与原结构工作，破坏了的节点需要加固。钢结构中连接和节点加固至关重要。 加固连接有螺栓连接和焊接等方式。加固连接方式选用必须满足既不破坏原结构功能，又能参与工作的要求。 加固现场施工焊接最为方便；但焊接对钢材材性要求最高，在原结构资料不全、材性不明的情况下，用焊接加固必须取材样复验，以保证可焊性。 47 1）原高强螺栓连接的加
29、固。仍用高强螺栓加固；个别情况可同时使用高强螺栓和焊接来加固。但要注意螺栓的布置位置，使二者变形协调。 2）原焊接连接的加固，仍用焊接加固。加固方式有两种：加大焊缝高度（堆焊）。为了确保安全，焊条直径不宜大于4mm，每道焊缝的堆高不宜超过2mm，如需加高量大，每次以2mm为限。后一道堆焊应待前一道堆焊冷却到100以下才能施焊，加长焊缝长度。在原有节点能允许增加焊缝长度时，应首先采用。3）节点连接损伤的加固。主要采用焊接加固法，大体可分为下列几种：48五 火灾后钢结构的加固1.火灾对钢结构的损伤（1）火灾后钢结构的变形 1）钢屋架及钢梁的高温变形。在高温作用下，钢屋架及钢梁等水平构件会因强度降低
30、、高温软化产生过大的挠度，且不会因冷却而减小。由于变形也会导致部分节点的连接损坏。 2）钢柱及房屋的变形。由于火灾作用的不均匀性，房屋的各柱的受火温度有差别，变形各不相同，造成钢结构房屋的倾斜。且不会因火灾后冷却而自动恢复。 491.火灾对钢结构的损伤（2）火灾后钢结构承载力的降低 火灾后钢材的强度将有不同程度的降低。由于钢材强度的降低、结构的变形及节点连接的损伤，将导致钢结构承载力的降低。2.火灾损伤钢结构的加固步骤：1）测定钢结构的变形量，确定复原程度；2）确定干斤顶作用位置及千斤顶数量；3）安装千斤顶；4）操作千斤顶，将钢结构变形顶升复位；5）进行承载力加固，加固结束后再拆除千斤顶。 50六、钢结构事故加固注意事项1）选择合理的连接方式。应优先采用电焊连接。当使用焊接法确有困难时，可用高强螺栓。不准使用粗制螺栓作加固连接件。轻钢结构在负荷条件下，不准采用电焊加固。2）正确选择焊接工艺。力求减少焊接变形和降低焊接应力。3）注意环境温度影响。加固焊接应在0以上环境进行。4）注意高温对结构安全的影响。负荷条件下，电焊加固或加热校正变形时，应注意被加固构件过热而降低承载能力。
