钢结构加固课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,9钢结构加固,本 章 提 要,本章叙述了钢结构的加固方法增加截面法。介绍了增加截面加固方法的构造要求，增加截面加固的计算，其中包括轴心受力构件的加固计算、受弯构件的加固计算、拉弯和压弯构件的加固计算。并介绍了连接的加固。,1,.,9钢结构加固本 章 提 要1.,10.1概述,在出现以下一些情况时，需要进行加固：,（1）由于使用条件的变化，荷载增大；,（2）由于设计或施工工作中的缺点，结构或其局部的承载能力达不到设计要求；,（3）由于磨损、锈蚀，结构或节点受到削弱，结构或其局部的承载能力达不到原来的要求；,（4）有时出现结构损伤事故，需要修复。修复工作也带有加固的性质。,2,.,10.1概述在出现以下一些情况时，需要进行加固：2.,10.2钢结构加固方法,钢结构的加固方法主要有：,增加截面法；改变结构计算简图法；减轻荷载法；增加构件、支撑和加劲肋法；增强连接等。,钢结构加固方法的确定主要根据施工方法、现场条件、施工期限和加固效果来加以选择。加固件与原结构要能够工作协调，并且不过多地损伤原结构和产生过大的附加变形。,3,.,10.2钢结构加固方法钢结构的加固方法主要有：3.,10.2.1增加截面法的截面加固形式,所谓增加截面的加固方法就是在原有结构的杆件上增设新的加固构件，使杆件截面积加大从而提高承载能力和刚度的方法。,增加截面的加固方法涉及面窄，施工较为简便，尤其在满足一定前提条件下，还可在负荷状态下加固，因而是钢结构加固中最常用的方法。,采用增加截面的加固方法，应考虑构件的受力情况及存在的缺陷，在方便施工、连接可靠的前提下选取最有效的加固形式（图10.1 图10.3）。,4,.,10.2.1增加截面法的截面加固形式所谓增加截面的加固方法就,5,.,5.,6,.,6.,7,.,7.,10.2.2增加截面加固方法的构造要求,(1)应保证加固构件有合理的传力途径，保证加固件与原有构件能够共同工作。,无论是轴心受力构件还是偏心受力构件的加固,，加固件均宜伸入到原有构件的支座或节点板范围内并且有可靠的连接。,对受弯构件的加固,，加固件的截断位置也要伸出理论断点一定的距离，以保证在理论断点之前加固件能充分发挥作用。,(2)加固件的布置应适应原有构件的几何形状或已发生的变形情况，以利施工。但也应尽可能地采用不引起截面形心轴偏移的形式，不可避免时，应在加固计算中考虑形心轴偏移的影响。,(3)负荷状态下用焊接方法增加构件截面面积时，在保证加固件与原有构件共同工作的前提下，加固件的焊缝宜对称布置，采用较小的焊脚尺寸以减小焊接变形和焊接残余应力，并竭力避免仰焊。,8,.,10.2.2增加截面加固方法的构造要求(1)应保证加固构,(4)增加截面的加固不应造成施工期间对原有构件承载能力的过多削弱。不论原有结构是栓接结构还是焊接结构，只要钢材具有良好的可焊性，应尽可能采用焊缝连接方式。当采用高强度螺栓连接时，在保证加固件和原有构件共同工作的前提下，应选用较小直径的高强度螺栓。采用焊缝连接时，不宜采用与原有构件应力方向垂直的焊缝。,(5)轻钢结构中的小角钢和圆钢杆件不宜在负荷状态下焊接，必要时应采取适当措施。圆钢拉杆严禁在负荷状态下用焊接方法加固。因为焊接时，焊缝热影响区内的强度急剧下降，直接影响到加固施工的安全。,9,.,(4)增加截面的加固不应造成施工期间对原有构件承载能力的过,10.3增加截面加固法的计算,10.3.1一般规定,(1)采用增加截面加固钢结构时，如果加固施工时能完全卸载，例如将构件全部拆卸下来放在地面上进行加固，加固件与原有构件的应力水平是相当的，加固后的构件的承载能力和刚度与相同截面的新构件没有什么差别，可按钢结构设计规范（GB50017）进行计算。,(2)采用增加截面加固钢结构时，如果在负荷状态下进行加固施工时，加固件与原有构件应力水平的差别会使加固后的构件的承载力和刚度降低，加固后构件的承载力的计算应根据荷载形态分别进行计算。,10,.,10.3增加截面加固法的计算10.3.1一般规定10.,对承受静力荷载或间接动力荷载的构件,，在一般情况下可考虑原有构件和加固件之间的应力重分布，按加固后整个截面进行承载力计算。但为了考虑多种随机因素的影内，引入加固折减系数k：对轴心受力的实腹构件取o8;对偏心受力构件、受弯构件和格构式构件取o9。,对承受动力荷载的构件,，采用“原有构件截面边缘屈服”的准则。即加固时的荷载由原有构件单独承担，加固后新旧截面共同工作，但不考虑塑性变形后新旧截面的应力重分布，加固前原有构件的应力与加固后增加应力之和不应大于钢材的强度设计值。,11,.,对承受静力荷载或间接动力荷载的构件，在一般情况下可考虑原有构,(3)在负荷状态下，采用焊接方法加大构件截面，应首先根据原有构件的受力、变形和偏心状态，校核其在加固施工阶段的强度和稳定性，原有构件的值（为原有构件中截面应力与钢材设计值f的比值，即=/f）满足下列要求时，方可在负荷状态下加固：,承受静力荷载或间接动力荷载的构件，0.8；,承受动力荷载的构件，0.4 。,(4)钢构件加固后，应注意截面形心轴的偏移。计算时应将偏心的影响包括在加固后增加的荷载效应内，当形心轴的偏移值小于5%截面高度时，在一般情况下可忽略其不利影响。,12,.,(3)在负荷状态下，采用焊接方法加大构件截面，应首先根据原,10.3.2轴心受力构件的加固计算,轴心受力构件的原有截面一般是对称的，若其损伤非对称性不大，可采用对称的加固方式；若其损伤非对称性较大，宜采用不改变截面形心位置的加固方式，以减少附加受力影响。当采用非对称或改变形心位置加固截面时，应按偏心受力构件处理。,13,.,10.3.2轴心受力构件的加固计算轴心受力构件的原有截面一般,10.3.2.1轴心受力构件的强度,(1)承受静力荷载或间接动力荷载的构件,=N/A,n,kf,式中N加固后构件的轴心拉力或压力设计值；,A,n,加固后构件的净截面面积；,k加固折减系数，取0.8；,f钢材的强度设计值。,摩擦型高强度螺栓连接处的强度按下式计算：,=N/A,n,kf,N=N(1-0.5n/n,1,),式中n加固后构件连接一侧的高强度螺栓总数；,n,1,加固后构件计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数；,0.5孔前传力系数。,摩擦型高强度螺栓连接的加固拉杆，除按式（10.2）验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度：=N/Akf式中A加固后构件的毛截面面积。,14,.,10.3.2.1轴心受力构件的强度(1)承受静力荷载或间接,10.3.2.1轴心受力构件的强度,(2)承受动力荷载的构件,式中N,1,加固过程中实有荷载（包括施工荷载）作用下的轴力的设计值；,加固前的构件的净截面面积。,摩擦型高强度螺栓处的强度按下式计算：,式中n,0,加固前构件连接一侧的高强度螺栓的总数；,加固前构件计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数。,摩擦型高强度螺栓连接加固后的拉杆，除按式（10.6）验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度：N,1,/A,0,+(N-N,1,)Af,式中A,0,加固前构件的毛截面面积。,15,.,10.3.2.1轴心受力构件的强度(2)承受动力荷载的构件,10.3.2.2轴心受压构件的稳定性,（1）承受静力荷载或间接动力荷载的构件N/Akf,式中加固后轴心受压构件的整体稳定系数。,（2）承受动力荷载的构件,N,1,/A+(N-N,1,)/Af,式中加固前轴心受压构件的整体稳定系数。,0,0,0,16,.,10.3.2.2轴心受压构件的稳定性（1）承受静力荷载或间,10.3.3受弯构件的加固计算,10.3.3.1在最大刚度主平面内受弯的实腹加固构件的,强度计算,(1)抗弯强度,承受静力荷载或间接动力荷载的构件：,M,x,/W,nx,+My/W,ny,k,f,式中M,x,、M,y,分别为加固后构件截面绕x轴和y轴的弯矩设计值；,W,nx,、W,ny,分别为加固后构件截面绕x轴和y轴的净截面模量；,k加固折减系数，取0.9。,承受动力荷载的构件：,式中M,x1,、M,y1,分别为加固过程中的实际荷载（包括施工荷载）作用下绕x轴和y轴的弯矩设计值；,W,nx,、W,ny,分别为加固前构件截面绕x轴和y轴的净截面模量。,0,0,17,.,10.3.3受弯构件的加固计算10.3.3.1在最大刚度主平,（2）抗剪强度,承受静力荷载或间接动力荷载的构件：,式中V加固后构件所受的剪力设计值；,S加固后构件在计算剪力处以上毛截面对中和轴的毛截面模量；,I加固后构件的毛截面惯性矩；,t,w,加固后构件腹板的厚度；,k 加固折减系数，取0.9；,f,v,钢材的抗剪强度设计值。,承受动力荷载的构件：,式中V,1,加固过程中实际荷载（包括施工荷载）作用下的剪力设计值；,I0加固前构件的毛截面惯性矩；,S0加固前构件在计算剪力处以上毛截面对中和轴的毛截面模量；,t0,w,加固前原有构件腹板的厚度。,18,.,（2）抗剪强度 承受静力荷载或间接动力荷载的构件：18.,（3）局部承压强度,承受动力荷载时，当加固后梁上翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：,式中F集中荷载设计值，对动力荷载应考虑动力系数；,集中荷载增大系数：对重级工作制吊车梁，=1.35；对其他梁=1.0；,lz集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度。,19,.,（3）局部承压强度承受动力荷载时，当加固后梁上翼缘受到沿腹,（4）折算应力,加固后组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力（如连续梁支座处或梁的翼缘截面改变处等），其折算应力应按下式计算：,式中、c分别为加固后构件腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力；,1计算折算应力的强度设计值增大系数，当和c异号时，取1=1.2；当与c同号时，取1=1.1。,20,.,（4）折算应力加固后组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有,10.3.3.2在最大刚度主平面内受弯的实腹加固构件的稳定性计算,（1）承受静力荷载或间接动力荷载的构件,Mx/,b,W,x,kf,式中M,x,加固后构件应承受的绕x轴的弯矩设计值；,b,加固后构件截面确定的整体稳定系数；,W,x,加固后构件截面绕x轴的毛截面模量；,k加固折减系数，取0.9。,（2）承受动力荷载的构件：,式中M,x1,加固过程中实有荷载（包括施工荷载）作用下，绕x轴的弯矩设计值；,b按加固前的梁截面确定的整体稳定系数；,Wx加固前的梁按受压纤维确定的对x轴的毛截面模量。,0,0,21,.,10.3.3.2在最大刚度主平面内受弯的实腹加固构件的稳定性,10.3.3.3加固后构件的刚度,受弯构件的刚度用荷载（标准值）作用下的挠度大小来度量。,(1)当在卸荷状态下加固时，其挠度的计算方法与新结构一样。,(2)当在负荷状态下加固时，其挠度按下式计算：v=v1+v2v,式中v,1,构件在加固过程中的实有荷载（包括施工荷载）标准值作用下产生的挠度；,v,2,加固后构件在增加荷载标准值作用下产生的挠度；,v受弯构件的容许挠度值，详见钢结构设计规范。,至于在加固过程中因焊接而产生的挠度宜通过施工措施来解决。,22,.,10.3.3.3加固后构件的刚度受弯构件的刚度用荷载（标准值,连接的加固问题主要有三种情况：,原有连接承载能力不足而对其进行加强，如对原有焊缝加长加高，增加螺栓或铆钉的个数或直径等；,原有构件承载能力不足，需要用加固件进行加固，加固件与原有构件要进行可靠的连接；,节点加固，如加强节点板、增加连接件和独立的焊缝等。连接的加固方法根据加固的原因、目的、受力状态、构造和施工条件，并考虑原有结构的连接方法而确定，可采用焊接、高强度螺栓连接和焊接与高强度螺栓混合连接的方法。,10.4连接的加固,23,.,连接的加固问题主要有三种情况：10.4连接的加固23.,新增加的连接单独受力时，与设计新结构的连接没有什么不同，可按现行钢结构设计规范设计计算。与原结构连接共同受力时，要考虑新旧连接应力水平和工作性能上的差异，分别进行计算。加固用的连接材料和连接件宜与结构钢材和原连接材料相匹配，如果原有材料已不再生产，必须使用不相匹配的材料时，应进行专门的研究，并找到可靠的依据。,24,.,新增加的连接单独受力时，与设计新结构的连接没有什么不同，可按,10.4.1焊缝连接的加固,一般说来，焊缝连接比螺栓或铆钉连接要方便，不需要现场打孔，易于施工。在原结构使用焊缝连接的情况下自然要采用焊缝连接。即使原结构不是采用焊缝连接，但如果加固处允许焊接，也可考虑采用焊缝连接。,如图10.9(a)所示的节点，腹杆只用侧面角焊缝连于节点板，就可以加设正面角焊缝进行加固。如果加设正面角焊缝还不够，则可以加高原有角焊缝，但加高焊缝只能在一定限度之内。角钢肢尖焊缝不超过角钢厚度，角钢肢背焊缝不能超过角钢厚度的1.5倍，如图10.9(b)所示。当增加焊缝高度有困难时，可以像图10.9(c)那样在加大节点板的基础上加长焊缝。铆接的构件可以像图10.9(d)那样用焊缝进行加固。焊接杆件加长角焊缝还可以借助于短斜板，如图10.10所示，这种做法比加大节点板要简便得多。,25,.,10.4.1焊缝连接的加固一般说来，焊缝连接比螺栓或铆钉连接,26,.,26.,10.4.2螺栓连接的加固,钢结构加固中适宜采用螺栓连接的情况有以下几种场合：,（1）螺栓连接施工较方便的场所。钢结构构件连接不外乎焊接、铆钉连接和螺栓连接（包括普通螺栓和高强度螺栓）几类。目前铆钉连接由于工艺落后已很少采用。焊接连接一般说来施工更简便，但要有焊机及合格的焊工，若现场不能满足这两条，则采用螺栓连接是适宜的。,（2）被加固构件所用钢材不符合可焊性要求的场合。焊接连接除了要求配备有适用的焊机及合格的焊工外，更关键的一点是钢材必须符合可焊性要求，尤其在现场操作，很难实施焊接工艺的特殊要求时，不符合可焊性要求的钢材只能用螺栓等机械式连接方式。,（3）焊接过程是一个不均匀的热循环过程，其结果必然在构件内产生焊接应力或焊接变形，对于要求加固过程中不产生附加焊接变形的构件，采用焊接连接的难度很大，应改用螺栓连接。,（4）被加固构件原为螺栓或铆钉连接，加固时若采用焊接连接，就形成了混合连接。对于混合连接，要根据不同连接的特性，考虑一种连接受力或两种连接共同受力。,27,.,10.4.2螺栓连接的加固钢结构加固中适宜采用螺栓连接的情况,10.4.3加固中的混合连接,混合连接是指同一构件的连接使用了两种不同的连接方式，如螺栓与铆钉、焊缝与螺栓、焊缝与铆钉等都可称混合连接。各种连接在荷载作用下的变形相近时，才能保证各种连接同时达到极限状态，共同承担荷载。,由于焊缝连接的刚度比普通螺栓或铆钉大得多,，混合连接中焊缝达到极限状态时，普通螺栓或铆钉承担的荷载还很小，因此应按焊缝承受全部作用力进行计算。但原有连接件还要继续保留，不宜拆除。,28,.,10.4.3加固中的混合连接混合连接是指同一构件的连接使用了,焊缝与高强度螺栓混合连接,时，如两种连接的承载力的比值在11.5的范围内，二者的荷载变形情况基本接近，可以共同工作，连接的总承载力为二者分别计算的承载力之和；若比值超出这一范围，荷载将主要由较强的连接承担，较弱的连接起不到分担作用。,焊栓混合连接若使用先栓后焊工序,，由于焊接热影响使螺栓预拉力有所松弛（为焊前的90%95%），故计算高强度螺栓承载力时要乘以0.9的平均折减系数。而采用合理的分段栓焊工序，如先予高强度螺栓50%的预拉力焊接焊后终拧，焊接热影响在焊后终拧时得以补偿，所以承载力不予折减，但预栓必须达到50%预拉力才能保证抵制焊接变形而不影响整个连接质量。,29,.,焊缝与高强度螺栓混合连接时，如两种连接的承载力的比值在11,钢结构检测基础知识,钢结构中所用的构件一般是由钢厂批量生产，并需有合格证明，因此材料的强度及化学成分是有良好保证的。,工程检测的重点在于安装、拼接过程中产生的质量问题。,30,.,钢结构检测基础知识钢结构中所用的构件一般是由钢厂批量生产，并,钢结构工程中主要的检测内容有：,构件尺寸及平整度的检测；,构件表面缺陷的检测；,连接(焊接、螺栓连接)的检测；,钢材锈蚀检测；,防火涂层厚度检测。,如果钢材无出厂合格证明，或对其质量有怀疑，则应增加钢材的力学性能试验，必要时再检测其化学成分。,31,.,钢结构工程中主要的检测内容有：构件尺寸及平整度的检测；3,构件尺寸及平整度的检测,每个尺寸在构件的3个部位量测，取3处的平均值作为该尺寸的代表值。钢构件的尺寸偏差应以设计图纸规定的尺寸为基准计算尺寸偏差；偏差的允许值应符合其产品标准的要求。梁和桁架构件的变形有平面内的垂直变形和平面外的侧向变形，因此要检测两个方向的平直度。柱的变形主要有柱身倾斜与挠曲。检查时可先目测，发现有异常情况或疑点时,对梁、桁架可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线，然后测量各点的垂度与偏差；对柱的倾斜可用经纬仪或铅垂测量。柱挠曲可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线测量。,32,.,构件尺寸及平整度的检测 每个尺寸在构件的3个部位量测，取,构件表面缺陷的检测磁粉探伤,基本原理:,外加磁场对工件(只能是铁磁性材料)进行磁化，被磁化后的工件上若不存在缺陷，则它各部位的磁特性基本一致，而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时，由于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙，使缺陷部位的磁阻大大增加，工件内磁力线的正常传播遭到阻隔，根据磁连续性原理，这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件，并在工件表面形成漏磁场。,33,.,构件表面缺陷的检测磁粉探伤基本原理:33.,磁粉探伤的一般程序,1、预处理,将构件表面的油脂、涂料以及铁锈等去掉，以免影响磁粉附着在缺陷上。,、磁 化,选用适当的磁化方法和磁化电流，接通电源，对构件进行磁化。,、施加磁粉,按所选的干法或湿法施加干粉或磁悬液。,、观察记录,用非荧光磁粉擦伤时，在光线明亮的地方，用自然光或灯光进行观察；用荧光磁粉擦伤时，则在暗室等暗处用紫外灯进行观察。,34,.,磁粉探伤的一般程序1、预处理 将构件表面的油脂、涂料以,连接(焊接、螺栓连接)的检测,钢结构的许多质量事故出在连接上，故应将连接作为重点对象进行检查。连接板的检查包括：,1)检测连接板尺寸(尤其是厚度)是否符合要求；,2)用直尺作为靠尺检查其平整度；,3)测量因螺栓孔等造成的实际尺寸的减小；,4)检测有无裂缝、局部缺损等损伤。,35,.,连接(焊接、螺栓连接)的检测 钢结构的许多质量事故出在连接上,焊缝缺陷,检查焊缝缺陷时，可用,超声探伤仪或射线探测仪检测。,在对焊缝的内部缺陷进行探伤前应先进行外观质量检查。,焊缝表面质量,的检验可目测或用10倍放大镜，当存在疑义时，采用磁粉或渗透擦伤。如果焊缝外观质量不满足规定要求，需进行修补。,焊缝的外形尺寸一般用焊缝检验尺测量。,焊缝检验尺由主尺、多用尺和高度标尺构成，可用于测量焊接母材的坡口角度、间隙、错位、焊缝高度、焊缝宽度和角焊缝高度。,36,.,焊缝缺陷检查焊缝缺陷时，可用超声探伤仪或射线探测仪检测。在对,焊缝检验,37,.,焊缝检验37.,一、超声波探伤法,对于焊缝超声波探伤来说，主要是利用脉冲反射式直接方法进行，应根据产品技术要求选用合适的探伤方法。,38,.,一、超声波探伤法对于焊缝超声波探伤来说，主要是利用脉冲反射式,二、射线探伤法,（一）射线探伤法的概念,射线穿透物质时，由于物质完好部位和缺陷处对射线的吸收不同，使穿过物质后的射线强度度发生变化，将这种强弱变化差异记录在感光胶片上，通过观察处理后的照相底片上不同的黑度差，就能掌握射线强弱变化情况，从而就能确定被透照物体内部质量情况，这就是射线探伤法。,39,.,二、射线探伤法（一）射线探伤法的概念39.,40,.,40.,（二）射线探伤的适用范围,射线探伤的适用范围极其广泛，无论平板、圆管、对接焊缝、角焊缝等，只要同时具备,以下基本条件的产品，均可进行射线探伤：,1、射线在缺陷中的衰减系数与在缺陷周围材质中的衰减系数相差较大；,2、被检工件中的缺陷在沿射线穿透方向具有一定的尺寸；,3、射线发生装置应具有一定的能量，产生的%射线应能穿透被检工件；,4、射线源与工件必须保持足够的距离，以便合理地布置射线源、工件及显示装置。,建筑钢结构的射线探伤主要应用于对接焊缝，而角焊缝则以超声波探伤为主。,41,.,（二）射线探伤的适用范围41.,三、磁粉探伤法,利用钢铁材料的磁化原理来产生磁力线,进而吸附磁粉形成一条连续磁粉线,以检查热处理工件表面淬火微裂痕、孔隙等缺陷。,42,.,三、磁粉探伤法利用钢铁材料的磁化原理来产生磁力线,进而吸附磁,钢材锈蚀的检测,钢结构在潮湿、存水和酸碱盐腐蚀性环境中容易生锈，锈蚀导致钢材截面削弱，承载力下降。钢材的锈蚀程度可由其截面厚度的变化来反应。检测钢材厚度（必须先除锈)）的仪器有超声波测厚仪（声速设定、耦合剂）和游标卡尺。超声波测厚仪采用脉冲反射波法。超声波从一种均匀介质向另一种介质传播时，在界面会发生反射，测厚仪可测出探头自发出超声波至收到界面反射回波的时间。超声波在各种钢材中的传播速度已知，或通过实测确定，由波速和传播时间测算出钢材的厚度，对于数字超声波测厚仪，厚度值会直接显示在显示屏上。,43,.,钢材锈蚀的检测钢结构在潮湿、存水和酸碱盐腐蚀性环境中容易,防火涂层厚度的检测,薄型防火涂层表面裂纹宽度不应大小0.5mm，涂层厚度应符合有关耐火极限的设计要求；厚型防火涂层表面裂纹宽度不应大小1mm，其涂层厚度应有80%以上的面积符合耐火极限的设计要求，且最薄处厚度不应低于设计要求的85%。防火涂料涂层厚度测定用测针(厚度测量仪)测定。全钢框架结构的梁和柱的防火层厚度测定，在构件长度内每隔3m取一截面，对于梁和柱在所选择的位置中，分别测出6个和8个点。分别计算出它们的平均值，精确到0.5mm。,44,.,防火涂层厚度的检测 薄型防火涂层表面裂纹宽度不应大小0.5m,习题与思考题,10.2,10.3,45,.,习题与思考题,