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1 鋼結(jié)構(gòu)加固概述

    鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕荷載、改變計算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當有成熟經(jīng)驗時，也可采用其他的加固方法。經(jīng)鑒定需要加固的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)損害范圍一般分為局部加固和全面加固。局部加固是對某承載能力不足的桿件或連接節(jié)點處進行加固，有增加桿件截面法、減小桿件自由長度法和連接節(jié)點加固法。全面加固是對整體結(jié)構(gòu)進行加固，有不改變結(jié)構(gòu)靜力計算圖形加固法和改變結(jié)構(gòu)靜力計算圖形加固法兩類。增加或加強支承體系，也是對結(jié)構(gòu)體系加固的有效方法。增加原有構(gòu)件截面的加固方法是最費料最費工的方法（但往往是可行的方法）；改變計算簡圖的方法最有效且多種多樣，其費用也大大下降。

確定加固方案前，應(yīng)搜集下列資料：（1）原有結(jié)構(gòu)的竣工圖（包括更改圖）及驗收記錄。（2）原有鋼材材質(zhì)報告復(fù)印件或現(xiàn)場材質(zhì)檢驗報告。（3）原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、安裝驗收記錄。（4）原有結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書。（5）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破損情況檢查報告。（6）現(xiàn)有實際荷載和加固后新增加荷載的數(shù)據(jù)。

2 鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素及加固技術(shù)措施

   2.1鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素有：（1）由荷載變化，超期服役，規(guī)范和規(guī)程改變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足；（2）構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷等，致使構(gòu)件截面削弱，桿件翹曲，連接開裂等；（3）溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲；（4）由于化學物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱；（5）其它包括設(shè)計、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。

    2.2鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)措施主要有三種：（1）截面補強法：在局部或沿構(gòu)件全長以鋼材補強，連成整體使之共同受力；（2）改變計算簡圖：增設(shè)附加支承，調(diào)整荷載分布情況，降低內(nèi)力水平，對超靜定結(jié)構(gòu)支座進行強迫位移，降低應(yīng)力峰值；（3）預(yù)應(yīng)力拉索法：利用高強拉索加固結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或提高結(jié)構(gòu)整體承載力、剛度和穩(wěn)度。

3 預(yù)應(yīng)力加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)

   3.1傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固存在的問題：焊接加固時，高溫作用使焊接部位的組織及性能劣化；而且焊縫必然存在缺陷，會產(chǎn)生新的裂紋；焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，與其他作用結(jié)合可能導(dǎo)致開裂。焊接使結(jié)構(gòu)形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴展，就有可能一斷到底，引發(fā)重大事故。

    采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔，削弱了截面，形成新的應(yīng)力集中區(qū)；普通螺栓在動載作用下易松動，高強螺栓易發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，降低了結(jié)構(gòu)的修補效果。粘鋼加固技術(shù)是在鋼結(jié)構(gòu)表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，依靠結(jié)構(gòu)膠使之粘結(jié)成整體共同工作，以提高結(jié)構(gòu)承載力。這些加固方法共同的缺點是使結(jié)構(gòu)重量增加很多，鋼板不易制作成各種復(fù)雜形狀，運輸和安裝也不方便，且鋼板易銹蝕，影響粘結(jié)強度，維護費用高。

    3.2粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)的特點：粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)是利用粘結(jié)劑將粘貼到鋼結(jié)構(gòu)損傷部位的表面，使一部分荷載通過粘結(jié)層傳遞到上，降低了結(jié)構(gòu)損傷部位的應(yīng)力。粘貼加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢：（1）比強度和比剛度高，加固后基本不增加原結(jié)構(gòu)的自重和原構(gòu)件的尺寸；（2）復(fù)合材料具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能；（3）柔性的復(fù)合材料對于任意封閉結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的被加固結(jié)構(gòu)表面具有特別的優(yōu)勢。密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕的隱患；（4）簡便易行、成本低、效率高，在狹小空間亦可施工，特別適合現(xiàn)場修復(fù)；（5）施工過程中無明火，適用于各種特殊環(huán)境。

    3.3預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點：（1）加固工作可在不卸載、不停產(chǎn)的條件下進行；（2）施加預(yù)應(yīng)力可直接減小變形，迅速消除超逾應(yīng)力和內(nèi)力峰值；（3）與非預(yù)應(yīng)力方式相比，可消除應(yīng)力滯后現(xiàn)象，充分利用的高強特性，提高加固效率。（4）結(jié)合可靠錨固，可降低粘結(jié)界面的剝離應(yīng)力，避免整體剝落，提高加固的可靠性；（5）降低加固費用和使用成本。

4 纖維布安裝工藝

   4.1表面處理：（1）先用粗砂紙打磨構(gòu)件的粘結(jié)區(qū)域，清理構(gòu)件表層，用丙酮或酒精溶液擦洗表面，去除污染物，晾置干燥，用粘結(jié)劑浸潤表面。（2）在設(shè)計要求的位置打孔，應(yīng)遠離待加固部位以免造成二次損傷；（3）在纖維布表面抹膠，將纖維束間的空隙初步封閉，稍干硬后進行灌膠；（4）膠稍干后第二次施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計的控制應(yīng)力（利用擠壓效應(yīng)，提高粘貼質(zhì)量），用膠將纖維束充分浸透，提高共同工作性能。（5）常溫下48小時后（氣溫較低時應(yīng)適當延長時間），膠充分硬結(jié)后，割除多余的螺桿，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際要求進行表面防護處理。

    4.2預(yù)應(yīng)力加固的設(shè)計與計算原則預(yù)應(yīng)力加固鋼結(jié)構(gòu)除遵守一般鋼結(jié)構(gòu)加固的準則與規(guī)定外，還具有以下的特點：（1）進行靜力計算時必須首先確定一些與調(diào)整應(yīng)力有關(guān)的參數(shù)，例如輔助平衡力大小、預(yù)應(yīng)力力度、預(yù)應(yīng)力卸載彎矩值、支座標高的位移值等；（2）要確定調(diào)整應(yīng)力時的合理荷載值或應(yīng)力水平，換言之，要分析判斷加固結(jié)構(gòu)時是否需要全部卸載，或卸載至某一水平。

    4.3在加固結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算中應(yīng)遵守下列原則：（1）加固件與被加固件皆在材料彈性范圍內(nèi)受力，兩者在荷載下同時達到材料的強度設(shè)計值；（2）充分發(fā)揮材料強度潛力，加固件的預(yù)應(yīng)力度可使被加固件的應(yīng)力卸載至其反向應(yīng)力的極值；（3）預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計中同樣應(yīng)當考慮預(yù)應(yīng)力加載系數(shù)、預(yù)應(yīng)力損失系數(shù)、工作條件系數(shù)、荷載系數(shù)等。

5 預(yù)應(yīng)力加固鋼結(jié)構(gòu)施工工藝及步驟

    預(yù)應(yīng)力加固鋼結(jié)構(gòu)方案可分為兩種，一是直接粘貼法，將兩端錨固并施加預(yù)應(yīng)力后，通過膠粘劑粘貼在鋼結(jié)構(gòu)的表面；一般適用于構(gòu)件表面較平整的拉桿，對構(gòu)件或其局部進行加固；二是將束作為預(yù)應(yīng)力拉索調(diào)整應(yīng)力，一般適用于對整個結(jié)構(gòu)進行整體加固。

   5.1選材：用于結(jié)構(gòu)加固用碳纖維主要選用PAN基碳纖維，極限強度可達3500MPa，彈性模量約為2.35×109MPa。樹脂體系采用環(huán)氧類材料。

   5.2設(shè)計:根據(jù)待修補結(jié)構(gòu)的受力特點、傳力路徑和應(yīng)力-應(yīng)變場，確定布的用量、尺寸和鋪設(shè)方向等。纖維方向應(yīng)盡量與損傷構(gòu)件中最大受力方向保持一致。如果損傷部位處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，則纖維取向和鋪層順序應(yīng)盡量與控制主應(yīng)力方向一致。

   5.3嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù):鋼結(jié)構(gòu)加固的特殊性，需要一種簡便的預(yù)應(yīng)力施加方式，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力施加方式往往是先張拉后錨固，需要相對復(fù)雜的張拉機具，以及相應(yīng)的反力裝置。在錨固的時候，預(yù)應(yīng)力損失也比較大。嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)，其特點就是先錨固后張拉，以構(gòu)件本身和先前的錨固作為張拉受力裝置，無需復(fù)雜的張拉機具。嵌入式預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)可分次施加預(yù)應(yīng)力，可對粘結(jié)層產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，提高粘貼的可靠性。同時，因采用先錨固后張拉技術(shù)，預(yù)應(yīng)力損失小，方法簡便有效。

6 結(jié)論

    建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)不可避免地存在各種缺陷和損傷。在荷載和環(huán)境等因素的作用下，材料發(fā)生變化，引起宏觀力學性能的劣化，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)工程事故。為確保結(jié)構(gòu)安全工作，延長使用壽命就必須對損傷構(gòu)件進行更換或加固，更換這些構(gòu)件將造成極大的浪費，而且會影響結(jié)構(gòu)的正常使用。同時，結(jié)構(gòu)損傷具有局部性和多發(fā)性特點，這些結(jié)構(gòu)不可能在出現(xiàn)損傷時就立即退役。因此，尋求經(jīng)濟高效的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)既是土木工程領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題，又是一個關(guān)系到社會可持續(xù)發(fā)展的問題。