鋼結構加固是指對現有的鋼結構建筑進行結構上的增強或修復,以提升其承載力、延長使用壽命并確保安全使用。在進行鋼結構加固時,需要注意以下幾點:必須了解原結構的設計和用途,以便選擇正確的加固方法;施工過程中要嚴格遵守相關規(guī)范和標準,保證加固質量;在加固完成后,需要進行嚴格的檢測和驗收,確保其符合設計要求和安全標準。還應考慮環(huán)境影響,如溫度變化、地震等,以確保加固后的鋼結構能夠適應各種環(huán)境條件。
一、鋼結構加固的必要性
當鋼結構存在嚴重缺陷和損傷,或者使用條件發(fā)生改變,經檢查驗算結構的強度、剛度或穩(wěn)定性不滿足使用要求時,就需要對鋼結構進行加固。例如一些老舊的鋼結構廠房,隨著使用年限的增加以及生產需求的改變,可能就面臨加固的需求;還有一些鋼結構建筑在經歷自然災害(如地震、強風等)后,結構安全性受到影響,也需要進行加固處理。
二、鋼結構加固的主要方法
(一)加大構件截面法
- 粘鋼或貼碳纖維布
- 這是增大鋼結構截面的主要加固方法。其對結構本身損傷比較小,在國內發(fā)展較快,應用也逐漸增多。但在鋼結構建筑物加固應用相對不多,特別是在正常使用情況下的使用壽命仍然存在問題。而且粘鋼或碳纖維的施工難度比較大,必須要將原結構表面進行處理、磨平、光滑后才能粘貼。并且在結構承受動力荷載或高溫時可能產生脫膠的情況。
- 選擇截面形式的考慮
- 在對加大截面鋼構件進行加固時,所選擇的截面形式應有利于加固技術要求,并考慮存在的缺陷和損傷。
(二)改善結構受力體系
- 增設梁柱
- 這種加固方法可以有效并較為明顯地降低結構的荷載效應,從而使結構的承載能力滿足要求,且這種方法的投入不高,經濟效益非常好。當建筑結構無任何特別要求時,此種方法可行性很強,但不適用于要求大空間等結構中。
(三)預應力技術加固法
- 體外預應力加固
- 是指將預應力筋布置在待加固結構構件的截面之外,通過改變結構的傳力途徑減少構件的荷載效應,同時在結構的原有基礎上提高結構的承載能力,改善結構的變形性能,降低桿件中的應力,能使受損工程結構恢復其原有的技術功能,從而滿足新的承載條件和使用功能的要求。結構由預應力筋、管道、防腐材料、轉向塊、錨固系統(tǒng)等部件組成。雖然體外預應力加固鋼梁的方法具有可操作性、經濟性、安全性等優(yōu)點,但現階段這方面的研究經驗及工程實踐較少,其明顯的經濟和社會效益還有待進一步研究。
(四)改變結構計算圖形
- 增加結構或構件剛度的方法
- 可通過增加支持以在空間形成結構并根據空間檢查該結構;增加支撐以增加結構剛度,或調整結構的固有頻率等提高結構的承載能力和動力特性;增加支撐或輔助桿件以減小結構的長細比來提高其穩(wěn)定性;在塔和其他結構中,布置拉桿或適度張緊的纜索以加強結構的剛度等方法來加固結構,以增加結構或構件的剛度。
- 改變受彎構件截面內力的方法
- 可以改變載荷的分布,如將一個集中載荷轉換為多個集中載荷;改變端部支撐,如將鉸鏈改為剛性結;增加中間支撐或將簡支結構的端部連接成連續(xù)結構;調整連續(xù)結構的支承位置等方法來加固受彎構件。
- 加強桁架構件內力的方法
- 可通過增加撐桿,將桁架變?yōu)閾螚U結構;增設預應力拉桿等方法來加強桁架。
(五)其他加固方法
當有成熟的經驗時,也可以采用如減輕荷載、阻止裂紋擴展等方法,還包括連接的加固(如鋼結構連接方法,即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇,應根據需要加固的結構的原因、目的、受力情況、結構和施工條件,并考慮結構的原始連接方法確定,一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接,有依據時亦可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接)以及裂紋的修復(當結構因反復荷載和材料選擇、結構、制造、施工和安裝不當而出現具有膨脹性或脆性斷裂傾向的裂縫時,應進行修復,修復前要分析產生裂紋的原因及其影響的嚴重性,有針對性地采取改善結構實際工作或進行加固的措施,對不宜采用修復加固的構件,應予拆除更換)等方法。
三、鋼結構加固的設計要點
- 人員確定
- 在進行建筑結構加固設計的時候,對于混凝土結構的修復加固設計應由富有經驗的專業(yè)人士承擔。因為混凝土結構修復加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復雜,況且還要考慮業(yè)主的種種要求,因此,承擔修復加固設計的人員除具有較強的結構理論、明晰的結構概念外,還應具備較為豐富的工程經驗才能夠全面系統(tǒng)地分析問題,提出較為合理的修復結構加固設計方案,實現修復加固的目的。雖然這里針對的是混凝土結構加固設計人員的要求,但對于鋼結構加固設計人員同樣需要具備專業(yè)的知識和豐富的經驗。
- 考慮多種影響因素
- 加固設計應考慮施工現場、各管道、相鄰建筑物和相鄰道路的影響,并考慮施工的可行性和方便性。在對鋼結構建筑進行加固設計和施工的過程中,工作人員要結合實際的情況,做出較為理想化的設計內容。在不影響工作壽命的情況下進行,盡量保留原結構構件,減少拆除工作量,保留部分應具有足夠的安全性和耐久性,具有使用價值。