負(fù)載下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件增大截面加固設(shè)計方法對比分析

王冬佳

摘 要：為了保證負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝有良好使用效果，應(yīng)認(rèn)識到負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝的重要性以及特點，并能結(jié)合負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝使用需要，制定更為科學(xué)的該工藝使用方案。本文就負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；截面加固；負(fù)載；設(shè)計方法

當(dāng)代建筑領(lǐng)域在其發(fā)展中出現(xiàn)了多種新型技術(shù)，讓建筑物的穩(wěn)定性以及承載能力得到了進(jìn)一步的強化，尤其是負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝的出現(xiàn)讓建筑物鋼結(jié)構(gòu)的綜合性能得到了進(jìn)一步的強化。而在這種建造技術(shù)的運用中也需要建造人員掌握該技術(shù)的關(guān)鍵點，推動這項加固技術(shù)的發(fā)展。

1 負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固發(fā)展概述

在當(dāng)前的建筑物鋼結(jié)構(gòu)加固操作中有多種加固技術(shù)，而鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架加大截面類型加固措施僅僅是其中的一個分支，其主要包括了幾種加固操作方法，分別是焊接鋼加固方式、套管加固方式、鉚釘加固方式、螺栓加固方式、纖維符合材料加固方式以及粘鋼加固方式，這些加固方式在實際使用中各具特點，需要在實際使用中結(jié)合實際情況進(jìn)行判斷，使加固措施有最佳的效果。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加固的時候需要能考慮到多方因素，比如施工的便捷程度、結(jié)構(gòu)加固的經(jīng)濟(jì)成本投入以及對當(dāng)前建筑物使用情況影響等方面因素，而為了降低加固操作對于鋼結(jié)構(gòu)正常使用造成的影響，因此在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加固的時候需要能在負(fù)載條件下進(jìn)行，而且從各種工藝的實際使用情況分析來看，負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝在使用中具有最為優(yōu)質(zhì)的效果。

科技、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域發(fā)展以及社會需求的引領(lǐng)下，鋼材制造產(chǎn)業(yè)中的鋼材產(chǎn)量也在持續(xù)上升。而由于鋼材在承重性、穩(wěn)定性等方面有突出性能，因此鋼材料在當(dāng)代社會中的運用也在不斷增多，從工業(yè)建筑廠房到民用類型建筑中均能看到鋼材料。但在鋼結(jié)構(gòu)的長期使用中，也可能會出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)難以滿足使用需要的情況，這個也就會導(dǎo)致社會對于鋼結(jié)構(gòu)加固處理的需要增加。

目前在粘鋼和粘貼纖維復(fù)合材料加固方面的研究很多，而對常用的焊接加固的研究甚少，因而急需開展對負(fù)載下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊接加固，為即將開展的《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》的修訂工作提供科學(xué)依據(jù)。目前除了前蘇聯(lián)《改建企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加固計算建議》，只有我國有關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的規(guī)范或規(guī)程，本文將著重對這兩本規(guī)范或規(guī)程中關(guān)于增大截面法加固鋼構(gòu)件的設(shè)計條款進(jìn)行分析比較；并通過算例對二者進(jìn)行直觀的對比分析，同時找出已有規(guī)范的差異與不足。

2 設(shè)計規(guī)范對比分析

2.1 應(yīng)力比限值分析

從當(dāng)前施工角度來看，鋼結(jié)構(gòu)或者是鋼結(jié)構(gòu)類型構(gòu)件的加固通常分為卸載狀態(tài)下加固工藝以及負(fù)載條件下加固工藝兩種情況。而為了降低鋼結(jié)構(gòu)加固操作對于建筑物的影響，或者是為了使建筑物能在開展鋼結(jié)構(gòu)加固施工的同時仍能正常施工，因此在常采用負(fù)載條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加大截面類型加固工藝進(jìn)行建筑物鋼結(jié)構(gòu)加固。在開展鋼結(jié)構(gòu)加固的時候，需要對鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)荷條件進(jìn)行分析，以保證鋼結(jié)構(gòu)的加固操作有良好的效果，而這種負(fù)荷條件常會使用應(yīng)力比數(shù)值來表示。

2.2 設(shè)計方法原則對比分析

在現(xiàn)階段的建筑物鋼結(jié)構(gòu)加固操作中，對于負(fù)載條件下焊接加大截面加固類型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際計算方式有兩種。這種兩種計算方式之間的區(qū)別主要在于對完成加固后的鋼材質(zhì)構(gòu)件實際承載能力的計算中運用了不同原則，也就是完成加固操作后的構(gòu)件結(jié)構(gòu)整體參受力并且其截面產(chǎn)生形變之后，是否重新計算將新、舊截面之間存在的應(yīng)力分布差異。

在前一種計算方式當(dāng)中認(rèn)為，鋼材質(zhì)構(gòu)件在完成了加固操作之后會受到比之前載荷強度更高的總載荷的作用，并且在這種更強的總載荷的作用下，新、舊截面能保持共同工作的狀態(tài)，但需要重新考慮發(fā)生形變之后新、舊截面之間的應(yīng)力重新分布情況。由于這種方式當(dāng)中的原則在采取加固操作的時候其加固載荷有原來的鋼材質(zhì)構(gòu)件單獨承擔(dān)，因此加固操作完成后新增加的總載荷也會由新舊截面一同承擔(dān)，并且在最后由原構(gòu)件截面部分邊緣屈服當(dāng)做控制基本條件。

而在后一種計算方式中則融入了完成加固操作后構(gòu)件結(jié)構(gòu)新舊兩部分截面發(fā)生了應(yīng)力重新分布的概念。這一計算準(zhǔn)則也被叫做加固完成后全截面結(jié)構(gòu)邊緣屈服準(zhǔn)。由于該原則忽略了應(yīng)力應(yīng)變之后產(chǎn)生的滯后效應(yīng)，同時又將施工條件納入了考慮范圍中，也考慮到了焊接加固操作引起的附加變形以及操作產(chǎn)生的殘余應(yīng)力等一些因素也對加固操作后構(gòu)件實際承載力的影響，最終引入了一個更為科學(xué)的加固折減系數(shù)，使加固操作后的鋼材質(zhì)構(gòu)件實際承載能力更為可靠。

2.3 設(shè)計計算公式對比分析

規(guī)范CECS77∶96和YB9257-96中的設(shè)計方法都是根據(jù)上述兩種計算原則，并參照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017得到的，下邊對加固后實腹式構(gòu)件的截面強度、整體穩(wěn)定、截面抗剪等計算公式進(jìn)行對比。

三類構(gòu)件的穩(wěn)定計算方法采用的原則和強度計算基本相同。在軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計算方法中，對于加固前的穩(wěn)定系數(shù)φ°都按GB50017中軸心受壓構(gòu)件的相應(yīng)截面分類查取對應(yīng)的表格確定，而對加固后的軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ的取值規(guī)定上略有不同，CECS77∶96規(guī)定統(tǒng)一按C類截面查取系數(shù)，而YB9257-96仍是采用GB50017中的規(guī)定方法查取φ值。當(dāng)加固采用的截面組合形式不屬于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中軸心受壓構(gòu)件的C類截面時，最終兩規(guī)范得出的結(jié)論存在些許差異，所反映的缺陷也不盡相同。在穩(wěn)定計算方法中，CECS77∶96在鋼材設(shè)計強度取值上和強度計算公式及YB9257-96的穩(wěn)定計算公式中的取法有些許差異，其采用的是換算強度設(shè)計值f*。

偏心受力構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力驗算計算方法中，CECS77∶96考慮了構(gòu)件包括初始撓度ω0和焊接加固引起的焊接殘余撓度ωw的影響。值得思考的是軸力項的穩(wěn)定系數(shù)φx、φy在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017中已經(jīng)考慮了1/1000桿長的初彎曲，而在此穩(wěn)定計算公式中后面彎矩項又考慮了由于因構(gòu)件初始撓度ω0引起的彎矩，這個考慮雖然使得構(gòu)件的設(shè)計更加安全，但是在理論上缺乏依據(jù)?？辜粲嬎惴椒ú捎玫脑瓌t和上述強度、穩(wěn)定計算方法相同，而在CECS77：96中對于鋼材的抗剪強度設(shè)計值一項并未進(jìn)行折減。

3 結(jié)束語

雖然近些年出現(xiàn)了粘鋼加固和粘貼纖維復(fù)合材料加固等新興加固鋼構(gòu)件的方法，且研究頗多，但受到加固所用材料的種類繁多和經(jīng)濟(jì)性等因素限制，焊接鋼加固鋼構(gòu)件仍然是目前最常用的加固方法之一。但由于過去鋼結(jié)構(gòu)建筑不多，且應(yīng)用的領(lǐng)域較窄，所以對其的研究較少，而目前則相反，因而目前僅有的規(guī)范不能夠滿足設(shè)計的要求，以及規(guī)范中出現(xiàn)的相關(guān)問題，需進(jìn)行更多的相關(guān)研究。

參考文獻(xiàn)

[1]祝瑞祥，王元清，戴國欣，等.負(fù)載下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件增大截面加固設(shè)計方法對比分析[J].四川建筑科學(xué)研究，2014，40（1）：98-103.

[2]苑士巖，沈之容.負(fù)載下焊接加固通信鐵塔軸力構(gòu)件非線性屈曲性能研究[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（4）：486-489.

[3]蔣立，王元清，戴國欣，等.負(fù)載下工形截面壓彎鋼構(gòu)件焊接加固的承載性能分析[J].天津大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2015（s1）：60-66.

[4]王元清，羅睿奇，張?zhí)焐?，?電廠脫硝改造中鍋爐鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的加固設(shè)計分析[J].四川建筑科學(xué)研究，2014，40（4）：77-82.