钢结构加固方法研究进展孟繁娇

钢结构加固方法研究进展孟繁娇

孟繁娇

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天津天蓝海洋科技发展有限公司天津300000

摘要：钢结构主要是指各种钢板、钢管以及钢材料组合成的主体结构，其通过焊接的方式连接在一起组成钢结构。其在建筑施工、机械零件加工、管道架设以及铁路运输等方面有着重要的应用，为了充分发挥其作用，本文阐述了钢结构的主要特征以及钢结构主要的失稳问题，对钢结构加固方法研究进展进行了探讨分析。

关键词钢结构；特征；失稳问题；加固方法；研究进展

钢结构受到变应力以及自然风化、腐蚀等破损，经常会导致钢结构局部失稳，甚至整体崩溃。因此为了保障钢结构安全，以下就钢结构加固方法研究进展进行了探讨分析。

一、钢结构的主要特征

钢结构的特征主要表现为：（1）钢结构塑性好、韧性强、可靠性高。源于钢材料所具备的特性：塑性好、韧性强、可靠性高，因此，钢结构能够承受较强的冲击和动力荷载，有着很好的抗震功能。此外，钢结构在实际应用中更加适合初始的理论设计，其自身的可靠性比较高。（2）钢结构的重量轻、强度高。同混凝土或者其他木材相比，钢材的强度、弹性模量、密度以及屈服强度都具备较大优势，因此在同样的条件下，钢结构有重量轻、截面小、方便安装和运输的优点，非常适合在高度高、跨度大的建筑结构中使用，巴黎的埃菲尔铁塔就是典型的例子。（3）钢结构的密封性好。钢材料的焊接技术也在技术更新的不断发展中获得了大幅度的改进，所达到的密封效果也极为良好，从而能够形成具有优质密闭性的专业容器。

二、钢结构主要的失稳问题分析

钢结构失稳的类别主要有：（1）平衡分岔的稳定问题分析。钢结构轴心受压构件在完好的情况下，当端部受到荷载压力时，所承受的压力小于等于某一限值时，构件保持平直，构件截面承受着均匀的压应力，即使沿轴线所产生的状况也只是压缩变形。相反如果当端部受到荷载压力时，所承受的压力大于限值时，构件会突然发生弯曲，导致原有的轴心受压平衡形式发生改变，从而出现分支点失稳，即平衡分岔的稳定问题。完善的（即无缺陷、挺直的）轴心受压构件和完善的在中面内受压的平板的失稳都属于这一类失稳问题。从设计的角度看，这类钢结构具有承担大于屈曲荷载的承载能力，即具有屈曲后强度，因此，这种屈曲破坏是有预兆的延性破坏。（2）无平衡分岔的稳定问题。无平衡分岔的稳定问题，即极值点失稳，这种现象比较普遍，常常出现在钢结构设计中。该失稳主要是由于钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，从而导致平衡形式发生改变出现失稳。在通常的实际操作中会把极值点失稳转换为分支点失稳来进行处理。（3）跃越失稳问题分析。这类失稳既无极值点，又无平衡分岔点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。例如，扁壳、坦拱、空间桁架和扁平的网壳有可能发生跳跃失稳。但在实际工程中是不允许出现这样大的变形，所以应该以临界荷载作为承载的极限。从设计的角度看，这此类结构的跨高比越大，临界荷载越小。初始几何缺陷对结构的临界荷载影响不大。

三、钢结构加固方法研究进展分析

1、传统钢结构加固方法。传统钢结构加固原则是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，充分考虑空间协同工作。在结构上增加支撑形成空间，调整结构的自振频率，提高结构承载力、改善结构动力特性和增加辅助杆件，减少钢结构中的长细比，以及加强排架架构中某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，减轻其他柱列的负荷。对受弯杆件可将一个集中载荷载转化为多个集中荷载，改变端部支撑情况，比如变铰接为刚接、增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构、调整连续结构的支座位置等，增加稳定性。

2、钢结构加固方法的研究进展分析。（1）增大横截面焊接加固法。增大横截面法是一种基本的加固方法，尤其是在承载条件下，考虑焊接加固施工的便捷性和可靠性，往往是钢结构加固中最传统也是最直接的选择。长期以来，承载条件下焊接加固钢结构工作是按照CECS77∶96和YB9257-96《钢结构检测评定及加固技术规程》两本标准进行的，但由于两者应力比限值及相关参数的取值上的差异，缺乏充分的实验基数和数值分析，还存在着诸多不合理之处。基于此，国标《钢结构加固设计规范》编制组开展了承载条件下焊接加固钢结构构件承载性能的研究工作，以提供增大截面焊接加固法的基础数据和理论支持，包含新的技术要点。（2）粘贴钢板加固法。粘贴钢板加固法的流程是在钢结构表面用特制的建筑结构胶粘贴加固钢板，使之黏结形成整体，共同承载，提高结构的稳固能力。从国内部分学者对粘钢加固技术的试验研究来看，该技术具有无明火、作业面小、不影响结构外形等一系列优点，但是由于加固件与被加固件连接界面的受力复杂，容易在各种因素的作用下发生开裂，而且加固效果过于依赖结构胶层的作用发挥期，此方法在工程界受到一定程度的质疑。因此当前研究发展的方向，主要还在于如何提高结构粘胶的黏性和稳定性，确保其在实际工程应用中的安全。（3）粘贴纤维增强复合材料加固法。纤维增强复合材料的优点主要有强度大于刚度、抗疲劳性和耐腐蚀性好、现场可操作性强、施工周期短、保护原结构等等，而且因其优异的物理、力学性能，目前已广泛用于混凝土结构和砌体结构的加固之中。迄今为止，国内外学者对纤维增强复合材料在钢结构加固领域中的应用已展开了大量的研究工作，国外的研究主要集中于受弯构件承载性能及疲劳加固方面；而国内则侧重于受弯构件和受拉构件黏结加固的试验研究，结合粘贴面的受力机制，得到了碳纤维布拉伸应变、黏结剪应力和有效黏结长度的计算公式，为粘贴纤维增强复合材料加固方法提供了理论支持。（4）组合加固法。组合加固法是利用组合结构加固混凝土的原理，采用内填混凝土和外包混凝土的方式对钢结构进行加固。内填混凝土加固法主要用于加固钢管构件，使结构负载尽可能的卸除，但是在大多数情况下，由于初应力水平对结构构件承载力的影响，初始荷载难以卸除，也导致了外包混凝土在进行加固时，由于原构件所承受的荷载水平出现应力滞后的现象。为便于设计人员在加固中使用，两种组合加固法可以采用强度折减系数的概念，基于已有的研究成果，建立强度折减系数与初应力水平的量化关系，从而对加固后截面的承载能力进行折减。（5）预应力加固法。其原理是利用预应力钢绞线对钢结构整体或构件进行加固的方法，其本质是通过施加预应力降低原钢结构应力水平，从而改变原钢结构中的内力分布。对钢结构施加预应力进行加固主要适用于较大跨度及采用一般方法无法加固或加固效果不理想的较高应力、应变状态下的大型钢结构加固工程，可以达到加固原有钢结构，改变原结构刚度与内力的效果，施工方便、成本低廉、预应力束可以单独防腐或是更换。预应力加固法在施工过程中的一些关键问题，比如预应力筋拉张程度、典型钢结构构件和节点中的锚固方式等，目前是我国科研人员实验研究的重点。

结束语：

综上所述，随着科技的进步，促进钢结构加固方法的发展，并且其具有明显优势，而且得到了广泛应用，从而为钢结构加固提供可靠的技术支持，确保了钢结构的稳定、坚固。因此对钢结构加固方法研究进展进行分析具有重要意义。

参考文献：

[1]黄立.钢结构检测及加固措施[J].中国建筑金属结构，2013

[2]姚君玉.关于钢结构稳定性设计的思考[J].门窗，2014

[3]李昊霖，王建林.钢结构加固方法研究进展[J].建筑与装饰，2017

[4]蒋海强.钢结构加固方法研究的进展[J].住宅与房地产，2018