负载下钢结构构件增大截面加固设计方法对比分析

负载下钢结构构件增大截面加固设计方法对比分析

作者：王冬佳

来源：《科学与财富》2019年第02期

摘 要：为了保证负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺有良好使用效果，应认识到负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺的重要性以及特点，并能结合负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺使用需要，制定更为科学的该工艺使用方案。本文就负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺进行了对比分析。 关键词：钢结构；截面加固；负载；设计方法

当代建筑领域在其发展中出现了多种新型技术，让建筑物的稳定性以及承载能力得到了进一步的强化，尤其是负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺的出现让建筑物钢结构的综合性能得到了进一步的强化。而在这种建造技术的运用中也需要建造人员掌握该技术的关键点，推动这项加固技术的发展。

1 负载条件下钢结构构件加大截面类型加固发展概述

在当前的建筑物钢结构加固操作中有多种加固技术，而钢结构构架加大截面类型加固措施仅仅是其中的一个分支，其主要包括了几种加固操作方法，分别是焊接钢加固方式、套管加固方式、铆钉加固方式、螺栓加固方式、纤维符合材料加固方式以及粘钢加固方式，这些加固方式在实际使用中各具特点，需要在实际使用中结合实际情况进行判断，使加固措施有最佳的效果。在进行钢结构加固的时候需要能考虑到多方因素，比如施工的便捷程度、结构加固的经济成本投入以及对当前建筑物使用情况影响等方面因素，而为了降低加固操作对于钢结构正常使用造成的影响，因此在进行钢结构加固的时候需要能在负载条件下进行，而且从各种工艺的实际使用情况分析来看，负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺在使用中具有最为优质的效果。

科技、经济等领域发展以及社会需求的引领下，钢材制造产业中的钢材产量也在持续上升。而由于钢材在承重性、稳定性等方面有突出性能，因此钢材料在当代社会中的运用也在不断增多，从工业建筑厂房到民用类型建筑中均能看到钢材料。但在钢结构的长期使用中，也可能会出现钢结构难以满足使用需要的情况，这个也就会导致社会对于钢结构加固处理的需要增加。

目前在粘钢和粘贴纤维复合材料加固方面的研究很多，而对常用的焊接加固的研究甚少，因而急需开展对负载下钢结构构件的焊接加固，为即将开展的《钢结构加固技术规范》的修订

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

工作提供科学依据。目前除了前苏联《改建企业钢结构加固计算建议》，只有我国有关于钢结构加固技术的规范或规程，本文将着重对这两本规范或规程中关于增大截面法加固钢构件的设计条款进行分析比较；并通过算例对二者进行直观的对比分析，同时找出已有规范的差异与不足。

2 设计规范对比分析 2.1 应力比限值分析

从当前施工角度来看，钢结构或者是钢结构类型构件的加固通常分为卸载状态下加固工艺以及负载条件下加固工艺两种情况。而为了降低钢结构加固操作对于建筑物的影响，或者是为了使建筑物能在开展钢结构加固施工的同时仍能正常施工，因此在常采用负载条件下钢结构构件加大截面类型加固工艺进行建筑物钢结构加固。在开展钢结构加固的时候，需要对钢结构的负荷条件进行分析，以保证钢结构的加固操作有良好的效果，而这种负荷条件常会使用应力比数值来表示。

2.2 设计方法原则对比分析

在现阶段的建筑物钢结构加固操作中，对于负载条件下焊接加大截面加固类型钢结构构件的实际计算方式有两种。这种两种计算方式之间的区别主要在于对完成加固后的钢材质构件实际承载能力的计算中运用了不同原则，也就是完成加固操作后的构件结构整体参受力并且其截面产生形变之后，是否重新计算将新、旧截面之间存在的应力分布差异。

在前一种计算方式当中认为，钢材质构件在完成了加固操作之后会受到比之前载荷强度更高的总载荷的作用，并且在这种更强的总载荷的作用下，新、旧截面能保持共同工作的状态，但需要重新考虑发生形变之后新、旧截面之间的应力重新分布情况。由于这种方式当中的原则在采取加固操作的时候其加固载荷有原来的钢材质构件单独承担，因此加固操作完成后新增加的总载荷也会由新旧截面一同承担，并且在最后由原构件截面部分边缘屈服当做控制基本条件。

而在后一种计算方式中则融入了完成加固操作后构件结构新旧两部分截面发生了应力重新分布的概念。这一计算准则也被叫做加固完成后全截面结构边缘屈服准。由于该原则忽略了应力应变之后产生的滞后效应，同时又将施工条件纳入了考虑范围中，也考虑到了焊接加固操作引起的附加变形以及操作产生的残余应力等一些因素也对加固操作后构件实际承载力的影响，最终引入了一个更为科学的加固折减系数，使加固操作后的钢材质构件实际承载能力更为可靠。

2.3 设计计算公式对比分析

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

规范CECS77∶96和YB9257-96中的设计方法都是根据上述两种计算原则，并参照钢结构设计规范GB50017得到的，下边对加固后实腹式构件的截面强度、整体稳定、截面抗剪等计算公式进行对比。

三类构件的稳定计算方法采用的原则和强度计算基本相同。在轴心受压构件的稳定计算方法中，对于加固前的稳定系数φ°都按GB50017中轴心受压构件的相应截面分类查取对应的表格确定，而对加固后的轴心受压构件的稳定系数φ的取值规定上略有不同，CECS77∶96规定统一按C类截面查取系数，而YB9257-96仍是采用GB50017中的规定方法查取φ值。当加固采用的截面组合形式不属于钢结构设计规范中轴心受压构件的C类截面时，最终两规范得出的结论存在些许差异，所反映的缺陷也不尽相同。在稳定计算方法中，CECS77∶96在钢材设计强度取值上和强度计算公式及YB9257-96的稳定计算公式中的取法有些许差异，其采用的是换算强度设计值f*。

偏心受力构件的稳定承载能力验算计算方法中，CECS77∶96考虑了构件包括初始挠度ω0和焊接加固引起的焊接残余挠度ωw的影响。值得思考的是轴力项的稳定系数φx、φy在钢结构设计规范GB50017中已经考虑了1/1000杆长的初弯曲，而在此稳定计算公式中后面弯矩项又考虑了由于因构件初始挠度ω0引起的弯矩，这个考虑虽然使得构件的设计更加安全，但是在理论上缺乏依据。抗剪计算方法采用的原则和上述强度、稳定计算方法相同，而在CECS77：96中对于钢材的抗剪强度设计值一项并未进行折减。 3 结束语

虽然近些年出现了粘钢加固和粘贴纤维复合材料加固等新兴加固钢构件的方法，且研究颇多，但受到加固所用材料的种类繁多和经济性等因素限制，焊接钢加固钢构件仍然是目前最常用的加固方法之一。但由于过去钢结构建筑不多，且应用的领域较窄，所以对其的研究较少，而目前则相反，因而目前仅有的规范不能够满足设计的要求，以及规范中出现的相关问题，需进行更多的相关研究。 参考文献

[1]祝瑞祥，王元清，戴国欣，等.负载下钢结构构件增大截面加固设计方法对比分析[J].四川建筑科学研究，2014，40（1）：98-103.

[2]苑士岩，沈之容.负载下焊接加固通信铁塔轴力构件非线性屈曲性能研究[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2015（4）：486-489.

[3]蒋立，王元清，戴国欣，等.负载下工形截面压弯钢构件焊接加固的承载性能分析[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2015（s1）：60-66.