負載下鋼結構構件增大截面加固設計方法對比分析

王冬佳

摘 要：為了保證負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝有良好使用效果，應認識到負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝的重要性以及特點，并能結合負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝使用需要，制定更為科學的該工藝使用方案。本文就負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝進行了對比分析。

關鍵詞：鋼結構；截面加固；負載；設計方法

當代建筑領域在其發展中出現了多種新型技術，讓建筑物的穩定性以及承載能力得到了進一步的強化，尤其是負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝的出現讓建筑物鋼結構的綜合性能得到了進一步的強化。而在這種建造技術的運用中也需要建造人員掌握該技術的關鍵點，推動這項加固技術的發展。

1 負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固發展概述

在當前的建筑物鋼結構加固操作中有多種加固技術，而鋼結構構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合實際情況進行判斷，使加固措施有最佳的效果。在進行鋼結構加固的時候需要能考慮到多方因素，比如施工的便捷程度、結構加固的經濟成本投入以及對當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構正常使用造成的影響，因此在進行鋼結構加固的時候需要能在負載條件下進行，而且從各種工藝的實際使用情況分析來看，負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝在使用中具有最為優質的效果。

科技、經濟等領域發展以及社會需求的引領下，鋼材制造產業中的鋼材產量也在持續上升。而由于鋼材在承重性、穩定性等方面有突出性能，因此鋼材料在當代社會中的運用也在不斷增多，從工業建筑廠房到民用類型建筑中均能看到鋼材料。但在鋼結構的長期使用中，也可能會出現鋼結構難以滿足使用需要的情況，這個也就會導致社會對于鋼結構加固處理的需要增加。

目前在粘鋼和粘貼纖維復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，因而急需開展對負載下鋼結構構件的焊接加固，為即將開展的《鋼結構加固技術規范》的修訂工作提供科學依據。目前除了前蘇聯《改建企業鋼結構加固計算建議》，只有我國有關于鋼結構加固技術的規范或規程，本文將著重對這兩本規范或規程中關于增大截面法加固鋼構件的設計條款進行分析比較；并通過算例對二者進行直觀的對比分析，同時找出已有規范的差異與不足。

2 設計規范對比分析

2.1 應力比限值分析

從當前施工角度來看，鋼結構或者是鋼結構類型構件的加固通常分為卸載狀態下加固工藝以及負載條件下加固工藝兩種情況。而為了降低鋼結構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構加固施工的同時仍能正常施工，因此在常采用負載條件下鋼結構構件加大截面類型加固工藝進行建筑物鋼結構加固。在開展鋼結構加固的時候，需要對鋼結構的負荷條件進行分析，以保證鋼結構的加固操作有良好的效果，而這種負荷條件常會使用應力比數值來表示。

2.2 設計方法原則對比分析

在現階段的建筑物鋼結構加固操作中，對于負載條件下焊接加大截面加固類型鋼結構構件的實際計算方式有兩種。這種兩種計算方式之間的區別主要在于對完成加固后的鋼材質構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件結構整體參受力并且其截面產生形變之后，是否重新計算將新、舊截面之間存在的應力分布差異。

在前一種計算方式當中認為，鋼材質構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，但需要重新考慮發生形變之后新、舊截面之間的應力重新分布情況。由于這種方式當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構件單獨承擔，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，并且在最后由原構件截面部分邊緣屈服當做控制基本條件。

而在后一種計算方式中則融入了完成加固操作后構件結構新舊兩部分截面發生了應力重新分布的概念。這一計算準則也被叫做加固完成后全截面結構邊緣屈服準。由于該原則忽略了應力應變之后產生的滯后效應，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生的殘余應力等一些因素也對加固操作后構件實際承載力的影響，最終引入了一個更為科學的加固折減系數，使加固操作后的鋼材質構件實際承載能力更為可靠。

2.3 設計計算公式對比分析

規范CECS77∶96和YB9257-96中的設計方法都是根據上述兩種計算原則，并參照鋼結構設計規范GB50017得到的，下邊對加固后實腹式構件的截面強度、整體穩定、截面抗剪等計算公式進行對比。

三類構件的穩定計算方法采用的原則和強度計算基本相同。在軸心受壓構件的穩定計算方法中，對于加固前的穩定系數φ°都按GB50017中軸心受壓構件的相應截面分類查取對應的表格確定，而對加固后的軸心受壓構件的穩定系數φ的取值規定上略有不同，CECS77∶96規定統一按C類截面查取系數，而YB9257-96仍是采用GB50017中的規定方法查取φ值。當加固采用的截面組合形式不屬于鋼結構設計規范中軸心受壓構件的C類截面時，最終兩規范得出的結論存在些許差異，所反映的缺陷也不盡相同。在穩定計算方法中，CECS77∶96在鋼材設計強度取值上和強度計算公式及YB9257-96的穩定計算公式中的取法有些許差異，其采用的是換算強度設計值f*。

偏心受力構件的穩定承載能力驗算計算方法中，CECS77∶96考慮了構件包括初始撓度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定系數φx、φy在鋼結構設計規范GB50017中已經考慮了1/1000桿長的初彎曲，而在此穩定計算公式中后面彎矩項又考慮了由于因構件初始撓度ω0引起的彎矩，這個考慮雖然使得構件的設計更加安全，但是在理論上缺乏依據。抗剪計算方法采用的原則和上述強度、穩定計算方法相同，而在CECS77：96中對于鋼材的抗剪強度設計值一項并未進行折減。

3 結束語

雖然近些年出現了粘鋼加固和粘貼纖維復合材料加固等新興加固鋼構件的方法，且研究頗多，但受到加固所用材料的種類繁多和經濟性等因素限制，焊接鋼加固鋼構件仍然是目前最常用的加固方法之一。但由于過去鋼結構建筑不多，且應用的領域較窄，所以對其的研究較少，而目前則相反，因而目前僅有的規范不能夠滿足設計的要求，以及規范中出現的相關問題，需進行更多的相關研究。

參考文獻

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