鋼結(jié)構(gòu)工程加固技術(shù)綜述

崔瓏+成勃

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)工程中的缺陷和損傷造成了工程隱患，也引發(fā)了一些工程事故，鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)也顯得越來越重要。本文從《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》GB 50068-2001的相關(guān)規(guī)定出發(fā)，分析了鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的總體思路，總結(jié)了提高結(jié)構(gòu)抗力和減小作用效應(yīng)的基本方法，介紹了我國當前主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標準情況和存在的問題。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；損傷；作用效應(yīng)；結(jié)構(gòu)抗力；加固

1.鋼結(jié)構(gòu)工程加固的意義

建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強度高、塑性及韌性好、抗震性能好、便于工業(yè)化生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保、可循環(huán)使用等諸多優(yōu)點，被譽為21世紀的“綠色建筑”之一。隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程數(shù)量飛速增長，各類形式新穎、造型美觀、富有現(xiàn)代感的工業(yè)廠房、體育場館、會展中心、候機大廳、大劇院、博物館等鋼結(jié)構(gòu)工程如雨后春筍般涌現(xiàn)，建筑鋼結(jié)構(gòu)已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中。

但是由于各種各樣的原因，鋼結(jié)構(gòu)工程也可能存在各種缺陷和損傷：

（1）荷載變化，超期服役（圖1）；

（2）構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷、構(gòu)件截面削弱、桿件翹曲，連接開裂等；

（3）溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲；

（4）由于化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學(xué)腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱；

（5）設(shè)計、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等（圖2）。

鋼結(jié)構(gòu)工程的缺陷和損傷將引起宏觀力學(xué)性能的劣化，導(dǎo)致工程事故。鋼結(jié)構(gòu)損傷具有局部性和多發(fā)性特點，這些結(jié)構(gòu)不可能在出現(xiàn)損傷時就立即退役。對損傷構(gòu)件進行更換將造成極大的浪費，而且會影響結(jié)構(gòu)的正常使用。大量鋼結(jié)構(gòu)工程存在技術(shù)改造和加固的要求，因此，尋求經(jīng)濟高效的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)既是建筑工程領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題，又是一個關(guān)系到社會可持續(xù)發(fā)展的問題。

2.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

2.1加固技術(shù)的總體思路

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》GB 50068-2001，當僅考慮作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個基本變量時，結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計應(yīng)符合下式要求：

據(jù)此，與混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的加固一樣，鋼結(jié)構(gòu)加固的主要思路有提高結(jié)構(gòu)抗力和減小作用效應(yīng)及兩種方法的結(jié)合。

從加固設(shè)計的角度考慮，提高結(jié)構(gòu)抗力法主要是對構(gòu)件截面和連接進行加固；減小作用效應(yīng)法主要是改變荷載分布、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同作用等。

2.2提高結(jié)構(gòu)抗力法

提高結(jié)構(gòu)抗力法是在局部或沿構(gòu)件全長進行補強，主要方法有：加大截面法、連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固等。

2.2.1加大截面法

加大截面法是通過加大構(gòu)件的截面積來提高構(gòu)件的剛度和承載能力。對于構(gòu)件不同的受力特征，其加大截面的形式也不盡相同。受拉、受壓、受彎構(gòu)件的加固形式分別如圖3～圖5所示。

加大截面法時應(yīng)考慮以下因素：

（1）保證加固構(gòu)件有合理的傳力路徑，使其與原構(gòu)件能共同工作；

（2）加固構(gòu)件布置應(yīng)適應(yīng)原構(gòu)件幾何形狀或已發(fā)生的變形，以利施工；

（3）盡量減少加固施工工作量，如采用焊接或粘接的形式；

（4）采用焊接時，應(yīng)盡量減少焊接工作量，注意焊接順序，降低焊接變形和應(yīng)力，盡量避免仰焊。在負載狀態(tài)焊接應(yīng)采用較小焊接尺寸，并應(yīng)首先加固對原有構(gòu)件影響較小、構(gòu)件最薄弱的部位等；

（5）輕鋼結(jié)構(gòu)中的小角鋼和圓鋼桿件不宜在負載狀態(tài)下進行焊接，必須焊接時應(yīng)采取適當措施；

（6）加大截面尺寸不能過多削弱原構(gòu)件的承載力，盡量采用小螺栓和高強度螺栓，焊接時應(yīng)盡量避免采用與原構(gòu)件應(yīng)力方向垂直的焊縫。否則應(yīng)采取專門措施。

（7）軸心受力構(gòu)件加固后，應(yīng)考慮構(gòu)件截面形心偏移的影響。

2.2.2連接的加固與加固件的連接

連接加固是鋼結(jié)構(gòu)加固中較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)加固連接方法應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、施工條件，并結(jié)合原有連接方法來確定。在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差過大的加固措施。

（1）焊縫連接的加固

當使用焊接施工較方便時，且加固處允許采用焊縫連接時，可考慮采用焊縫進行加固。焊縫加固應(yīng)首先考慮增加焊縫長度來實現(xiàn)，其次考慮增加焊腳尺寸、同時增加焊縫長度和焊腳尺寸、增加獨立的新焊縫等方式。

焊接連接加固時，應(yīng)嚴格控制垂直于受力方向的橫向焊縫，以確保焊接時的受力安全。

（2）螺栓連接的加固

原有螺栓松動、損害失效或連接強度不足需要更換或新增時，應(yīng)首先考慮采用相同直徑的高強度螺栓連接，也可采用焊接。

在《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》JGJ 82-2011中，提出了考慮摩擦型高強度螺栓連接和貼角焊縫共同承擔同一剪力進行設(shè)計的栓焊并用連接形式和在梁、柱、支撐構(gòu)件的拼接及相互間的連接節(jié)點中，翼緣采用熔透焊縫連接，腹板采用摩擦型高強度螺栓連接的栓焊混用連接形式。

（3）加固件的連接

加固件與被加固結(jié)構(gòu)間的連接，應(yīng)根據(jù)設(shè)計受力要求經(jīng)計算并考慮構(gòu)造和施工條件確定。

2.2.3裂紋的修復(fù)與加固

在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上發(fā)現(xiàn)裂紋時，作為應(yīng)急措施，可在板件裂紋的端外鉆孔，以防止其進一步急劇擴展（該孔稱為止裂孔，圖6），并及時根據(jù)裂紋性質(zhì)及擴展傾向再采取恰當措施修復(fù)加固。

修復(fù)裂紋應(yīng)優(yōu)先采用堵焊的方式，堵焊的施工順序一般為：清洗裂紋兩邊80mm以上范圍內(nèi)板面油污至露出潔凈的金屬面；用氣刨、風(fēng)鏟或砂輪將裂紋邊緣加工成坡口，直達紋端的止裂孔；將裂紋兩側(cè)及端部金屬預(yù)熱至100～150℃，并在焊接過程中保持此溫度；用與鋼材相匹配的低氫或超低氫型焊條施焊，并盡可能用小直徑焊條流分段分層逆向施焊，每一道焊完后宜立即進行錘擊；對承受動力荷載的構(gòu)件，堵焊后其表面應(yīng)磨光，使之與原構(gòu)件表面齊平。

2.3減小作用效應(yīng)法

減小作用效應(yīng)法的思路是采用改變荷載分布狀況（如將集中荷載改為多個集中荷載）、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、減小桿件自由長度、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施，改變構(gòu)件的受力特征，降低其應(yīng)力水平。對超靜定結(jié)構(gòu)支座還可以進行強迫位移。

2.3.1受彎構(gòu)件的加固

考慮減小作用效應(yīng)時，受彎構(gòu)件加固的方法主要有：

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)支座位置，改變結(jié)構(gòu)跨度；

（2）改變端部支撐情況，如該鉸接和鋼接；

（3）增加中間支座，將簡支改為連續(xù)；

（4）將構(gòu)件改為支撐式結(jié)構(gòu)（圖7、圖8）。

2.3.2桁架桿件的加固

改變桁架桿件內(nèi)力的方法主要有：

（1）增加撐桿，變桁架為撐桿式構(gòu)架（圖9、圖10）；

（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿（圖11、圖12）

2.3.3改善構(gòu)件受力狀況

在結(jié)構(gòu)中可以采用以下方法改善構(gòu)件的受力狀況：

（1）加強節(jié)點和增加支撐，如：采取相應(yīng)措施，使鋼屋架和天窗架共同工作；

（2）排架和框架中，為減小加固工作量和加固施工影響，集中加強某一柱列剛度，其他柱列可不加固或少加固（圖13）。

2.3.4增加支撐或輔助構(gòu)件

（1）增加屋蓋支撐及結(jié)構(gòu)空間剛度使排架柱可以按空間結(jié)構(gòu)進行驗算，挖掘結(jié)構(gòu)的潛力（圖14）。

（2）增設(shè)支撐以調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，改善結(jié)構(gòu)的動力性能（圖15）。

（3）增設(shè)支撐以減小構(gòu)件長細比，提高穩(wěn)定性（圖16、圖17）。

（4）在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊拉索，加強結(jié)構(gòu)的剛度（圖18）。

改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固過程（包括施工過程）中，除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承能力和正常使用極限狀態(tài)進行計算外，尚應(yīng)注意對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點以及支座中的內(nèi)力重分布，對結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進行必要的補充驗算，并采取切實可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法，設(shè)計與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計允許，不得擅自修改設(shè)計規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時，應(yīng)在加固設(shè)計中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力或規(guī)定位移的數(shù)值和允許偏差，及其檢測位置和檢驗方法。

3.我國主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標準情況

1996年11月，冶金工業(yè)部發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》YB 9257-96，自1997年7月1日起施行。在加固方面，規(guī)定了加固的原則和方法、材料、荷載、計算的基本規(guī)定、構(gòu)造要求等。規(guī)程中規(guī)定了增加截面的加固方法、加固中的連接、吊車梁系統(tǒng)的加固、荷載作用下的焊接加固，以及加固工程的驗收。

1996年5月，中國工程建設(shè)標準化協(xié)會發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 77：96，規(guī)定了加固基本原則和一般方法。加固的方法主要有改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固和加大構(gòu)件截面的加固。規(guī)程規(guī)定了連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固，以及加固工程的施工安全和驗收。

2010年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50550-2010，對其中鋼構(gòu)件增大截面工程、鋼構(gòu)件焊縫補強工程、鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)工程的施工質(zhì)量和驗收方法進行了規(guī)定。

以上標準在加大鋼構(gòu)件的截面時均采用鋼材，而大量試驗及數(shù)值模擬表明，纖維增強復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)也可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的承載力，該方法還適合于腐蝕環(huán)境、施工困難的鋼結(jié)構(gòu)。

2014年初，冶金建筑研究總院主編的中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進入征求意見階段。規(guī)程中對受拉構(gòu)件的加固、軸壓構(gòu)件的加固、工字型鋼梁受彎構(gòu)件的加固、鋼管的加固與修復(fù)、抗疲勞加固等做出了規(guī)定，為鋼結(jié)構(gòu)加固提供了嶄新的思路。

4.主要問題和發(fā)展方向

我國正大力推動建筑工業(yè)化進程，鋼結(jié)構(gòu)是其中的重要組成部分?？梢韵胍姡窈髮⒂懈嗟匿摻Y(jié)構(gòu)工程應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。

但是也應(yīng)該看到，鋼結(jié)構(gòu)工程往往是人員聚集、大型活動的場所，鋼結(jié)構(gòu)的安全性尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要有：穩(wěn)定性破壞（局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)），由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的疲勞問題，由低溫和動載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕等引起的脆性破壞和化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。對鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進行相應(yīng)的研究非常必要。

從我國現(xiàn)階段關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程加固的標準看，主要的加固技術(shù)標準發(fā)布較早，技術(shù)相對滯后。鋼結(jié)構(gòu)加固中部分領(lǐng)域的研究尚不充分，如節(jié)點的加固問題、負載作用下的焊接問題、焊接時高溫作用帶來的副作用、高強螺栓的應(yīng)力松弛問題等，需要工程技術(shù)界進行深入研究。

參考文獻

[1] GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準[S]

[2] YB 9257-96.鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程[S]

[3] CECS 77：96.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB50550-2010.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]

[5] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

[6] 楊勇新等.纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.征求意見稿.[S]

[7] 萬馨等.某煉鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的改造與加固[J].工業(yè)建筑，2009.23（5）：13-15

[8] 龔順風(fēng)等.加固鋼柱的非線性屈曲性能研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2011.26（11）：15-19

[9] 盧亦焱等.碳纖維布與鋼板粘貼復(fù)合材料徐變性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011.32（4）：9-14

[10] 石永久等.中高強度剛才鋼框架梁柱組合節(jié)點抗震性能試驗研究[J].土木工程學(xué)報，2009.42（4）：48-54

[11] 孫建東等.空間KK形圓管搭接節(jié)點承載力計算公式改進研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2013.34（2）：99-105

2.3減小作用效應(yīng)法

減小作用效應(yīng)法的思路是采用改變荷載分布狀況（如將集中荷載改為多個集中荷載）、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、減小桿件自由長度、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施，改變構(gòu)件的受力特征，降低其應(yīng)力水平。對超靜定結(jié)構(gòu)支座還可以進行強迫位移。

2.3.1受彎構(gòu)件的加固

考慮減小作用效應(yīng)時，受彎構(gòu)件加固的方法主要有：

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)支座位置，改變結(jié)構(gòu)跨度；

（2）改變端部支撐情況，如該鉸接和鋼接；

（3）增加中間支座，將簡支改為連續(xù)；

（4）將構(gòu)件改為支撐式結(jié)構(gòu)（圖7、圖8）。

2.3.2桁架桿件的加固

改變桁架桿件內(nèi)力的方法主要有：

（1）增加撐桿，變桁架為撐桿式構(gòu)架（圖9、圖10）；

（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿（圖11、圖12）

2.3.3改善構(gòu)件受力狀況

在結(jié)構(gòu)中可以采用以下方法改善構(gòu)件的受力狀況：

（1）加強節(jié)點和增加支撐，如：采取相應(yīng)措施，使鋼屋架和天窗架共同工作；

（2）排架和框架中，為減小加固工作量和加固施工影響，集中加強某一柱列剛度，其他柱列可不加固或少加固（圖13）。

2.3.4增加支撐或輔助構(gòu)件

（1）增加屋蓋支撐及結(jié)構(gòu)空間剛度使排架柱可以按空間結(jié)構(gòu)進行驗算，挖掘結(jié)構(gòu)的潛力（圖14）。

（2）增設(shè)支撐以調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，改善結(jié)構(gòu)的動力性能（圖15）。

（3）增設(shè)支撐以減小構(gòu)件長細比，提高穩(wěn)定性（圖16、圖17）。

（4）在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊拉索，加強結(jié)構(gòu)的剛度（圖18）。

改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固過程（包括施工過程）中，除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承能力和正常使用極限狀態(tài)進行計算外，尚應(yīng)注意對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點以及支座中的內(nèi)力重分布，對結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進行必要的補充驗算，并采取切實可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法，設(shè)計與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計允許，不得擅自修改設(shè)計規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時，應(yīng)在加固設(shè)計中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力或規(guī)定位移的數(shù)值和允許偏差，及其檢測位置和檢驗方法。

3.我國主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標準情況

1996年11月，冶金工業(yè)部發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》YB 9257-96，自1997年7月1日起施行。在加固方面，規(guī)定了加固的原則和方法、材料、荷載、計算的基本規(guī)定、構(gòu)造要求等。規(guī)程中規(guī)定了增加截面的加固方法、加固中的連接、吊車梁系統(tǒng)的加固、荷載作用下的焊接加固，以及加固工程的驗收。

1996年5月，中國工程建設(shè)標準化協(xié)會發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 77：96，規(guī)定了加固基本原則和一般方法。加固的方法主要有改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固和加大構(gòu)件截面的加固。規(guī)程規(guī)定了連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固，以及加固工程的施工安全和驗收。

2010年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50550-2010，對其中鋼構(gòu)件增大截面工程、鋼構(gòu)件焊縫補強工程、鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)工程的施工質(zhì)量和驗收方法進行了規(guī)定。

以上標準在加大鋼構(gòu)件的截面時均采用鋼材，而大量試驗及數(shù)值模擬表明，纖維增強復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)也可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的承載力，該方法還適合于腐蝕環(huán)境、施工困難的鋼結(jié)構(gòu)。

2014年初，冶金建筑研究總院主編的中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進入征求意見階段。規(guī)程中對受拉構(gòu)件的加固、軸壓構(gòu)件的加固、工字型鋼梁受彎構(gòu)件的加固、鋼管的加固與修復(fù)、抗疲勞加固等做出了規(guī)定，為鋼結(jié)構(gòu)加固提供了嶄新的思路。

4.主要問題和發(fā)展方向

我國正大力推動建筑工業(yè)化進程，鋼結(jié)構(gòu)是其中的重要組成部分。可以想見，今后將有更多的鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。

但是也應(yīng)該看到，鋼結(jié)構(gòu)工程往往是人員聚集、大型活動的場所，鋼結(jié)構(gòu)的安全性尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要有：穩(wěn)定性破壞（局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)），由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的疲勞問題，由低溫和動載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕等引起的脆性破壞和化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。對鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進行相應(yīng)的研究非常必要。

從我國現(xiàn)階段關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程加固的標準看，主要的加固技術(shù)標準發(fā)布較早，技術(shù)相對滯后。鋼結(jié)構(gòu)加固中部分領(lǐng)域的研究尚不充分，如節(jié)點的加固問題、負載作用下的焊接問題、焊接時高溫作用帶來的副作用、高強螺栓的應(yīng)力松弛問題等，需要工程技術(shù)界進行深入研究。

參考文獻

[1] GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準[S]

[2] YB 9257-96.鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程[S]

[3] CECS 77：96.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB50550-2010.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]

[5] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

[6] 楊勇新等.纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.征求意見稿.[S]

[7] 萬馨等.某煉鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的改造與加固[J].工業(yè)建筑，2009.23（5）：13-15

[8] 龔順風(fēng)等.加固鋼柱的非線性屈曲性能研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2011.26（11）：15-19

[9] 盧亦焱等.碳纖維布與鋼板粘貼復(fù)合材料徐變性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011.32（4）：9-14

[10] 石永久等.中高強度剛才鋼框架梁柱組合節(jié)點抗震性能試驗研究[J].土木工程學(xué)報，2009.42（4）：48-54

[11] 孫建東等.空間KK形圓管搭接節(jié)點承載力計算公式改進研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2013.34（2）：99-105

2.3減小作用效應(yīng)法

減小作用效應(yīng)法的思路是采用改變荷載分布狀況（如將集中荷載改為多個集中荷載）、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、減小桿件自由長度、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施，改變構(gòu)件的受力特征，降低其應(yīng)力水平。對超靜定結(jié)構(gòu)支座還可以進行強迫位移。

2.3.1受彎構(gòu)件的加固

考慮減小作用效應(yīng)時，受彎構(gòu)件加固的方法主要有：

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)支座位置，改變結(jié)構(gòu)跨度；

（2）改變端部支撐情況，如該鉸接和鋼接；

（3）增加中間支座，將簡支改為連續(xù)；

（4）將構(gòu)件改為支撐式結(jié)構(gòu)（圖7、圖8）。

2.3.2桁架桿件的加固

改變桁架桿件內(nèi)力的方法主要有：

（1）增加撐桿，變桁架為撐桿式構(gòu)架（圖9、圖10）；

（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿（圖11、圖12）

2.3.3改善構(gòu)件受力狀況

在結(jié)構(gòu)中可以采用以下方法改善構(gòu)件的受力狀況：

（1）加強節(jié)點和增加支撐，如：采取相應(yīng)措施，使鋼屋架和天窗架共同工作；

（2）排架和框架中，為減小加固工作量和加固施工影響，集中加強某一柱列剛度，其他柱列可不加固或少加固（圖13）。

2.3.4增加支撐或輔助構(gòu)件

（1）增加屋蓋支撐及結(jié)構(gòu)空間剛度使排架柱可以按空間結(jié)構(gòu)進行驗算，挖掘結(jié)構(gòu)的潛力（圖14）。

（2）增設(shè)支撐以調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，改善結(jié)構(gòu)的動力性能（圖15）。

（3）增設(shè)支撐以減小構(gòu)件長細比，提高穩(wěn)定性（圖16、圖17）。

（4）在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊拉索，加強結(jié)構(gòu)的剛度（圖18）。

改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固過程（包括施工過程）中，除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承能力和正常使用極限狀態(tài)進行計算外，尚應(yīng)注意對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點以及支座中的內(nèi)力重分布，對結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進行必要的補充驗算，并采取切實可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法，設(shè)計與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計允許，不得擅自修改設(shè)計規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時，應(yīng)在加固設(shè)計中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力或規(guī)定位移的數(shù)值和允許偏差，及其檢測位置和檢驗方法。

3.我國主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標準情況

1996年11月，冶金工業(yè)部發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》YB 9257-96，自1997年7月1日起施行。在加固方面，規(guī)定了加固的原則和方法、材料、荷載、計算的基本規(guī)定、構(gòu)造要求等。規(guī)程中規(guī)定了增加截面的加固方法、加固中的連接、吊車梁系統(tǒng)的加固、荷載作用下的焊接加固，以及加固工程的驗收。

1996年5月，中國工程建設(shè)標準化協(xié)會發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 77：96，規(guī)定了加固基本原則和一般方法。加固的方法主要有改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固和加大構(gòu)件截面的加固。規(guī)程規(guī)定了連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固，以及加固工程的施工安全和驗收。

2010年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50550-2010，對其中鋼構(gòu)件增大截面工程、鋼構(gòu)件焊縫補強工程、鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)工程的施工質(zhì)量和驗收方法進行了規(guī)定。

以上標準在加大鋼構(gòu)件的截面時均采用鋼材，而大量試驗及數(shù)值模擬表明，纖維增強復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)也可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的承載力，該方法還適合于腐蝕環(huán)境、施工困難的鋼結(jié)構(gòu)。

2014年初，冶金建筑研究總院主編的中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進入征求意見階段。規(guī)程中對受拉構(gòu)件的加固、軸壓構(gòu)件的加固、工字型鋼梁受彎構(gòu)件的加固、鋼管的加固與修復(fù)、抗疲勞加固等做出了規(guī)定，為鋼結(jié)構(gòu)加固提供了嶄新的思路。

4.主要問題和發(fā)展方向

我國正大力推動建筑工業(yè)化進程，鋼結(jié)構(gòu)是其中的重要組成部分。可以想見，今后將有更多的鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。

但是也應(yīng)該看到，鋼結(jié)構(gòu)工程往往是人員聚集、大型活動的場所，鋼結(jié)構(gòu)的安全性尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要有：穩(wěn)定性破壞（局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)），由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的疲勞問題，由低溫和動載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕等引起的脆性破壞和化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。對鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進行相應(yīng)的研究非常必要。

從我國現(xiàn)階段關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程加固的標準看，主要的加固技術(shù)標準發(fā)布較早，技術(shù)相對滯后。鋼結(jié)構(gòu)加固中部分領(lǐng)域的研究尚不充分，如節(jié)點的加固問題、負載作用下的焊接問題、焊接時高溫作用帶來的副作用、高強螺栓的應(yīng)力松弛問題等，需要工程技術(shù)界進行深入研究。

參考文獻

[1] GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準[S]

[2] YB 9257-96.鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程[S]

[3] CECS 77：96.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB50550-2010.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]

[5] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

[6] 楊勇新等.纖維增強復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.征求意見稿.[S]

[7] 萬馨等.某煉鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的改造與加固[J].工業(yè)建筑，2009.23（5）：13-15

[8] 龔順風(fēng)等.加固鋼柱的非線性屈曲性能研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2011.26（11）：15-19

[9] 盧亦焱等.碳纖維布與鋼板粘貼復(fù)合材料徐變性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2011.32（4）：9-14

[10] 石永久等.中高強度剛才鋼框架梁柱組合節(jié)點抗震性能試驗研究[J].土木工程學(xué)報，2009.42（4）：48-54

[11] 孫建東等.空間KK形圓管搭接節(jié)點承載力計算公式改進研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2013.34（2）：99-105