建筑鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用（二）——鋼結(jié)構(gòu)加固補強法簡介

時間：2022-02-09作者：廣東鼎勵建筑工程有限公司瀏覽：306

為了延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，保證鋼結(jié)構(gòu)的安全，避免大浪費，建筑鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)運而生。本文推出了加固系列2"鋼結(jié)構(gòu)加固法"參考鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計、監(jiān)理、施工

一、鋼結(jié)構(gòu)加固補強法的一般規(guī)定

1．簡介

鋼結(jié)構(gòu)加固連接分為兩種情況：一種是原連接件加固，包括節(jié)點加固；另一種是加固件與原部件的連接。

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)加固的原因、應(yīng)力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和施工條件，考慮原部件的連接方法，確定連接加固和加固件的連接方法。焊接、鉚接、高強度螺栓連接和混合連接可采用較小剛度（普通螺栓連接除外）、焊接剛度大、完整性好、高強度螺栓連接。

2．連接件加固和加固件連接的一般規(guī)定

1)鋼構(gòu)件鋼筋連接方法的選擇應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼筋的原因、應(yīng)力狀態(tài)和施工條件確定，并考慮原結(jié)構(gòu)的連接方法。一般來說，它可以與原結(jié)構(gòu)的連接方法相一致。即當(dāng)原結(jié)構(gòu)為鉚釘連接時，可采用摩擦高強度螺栓連接；當(dāng)原結(jié)構(gòu)為焊接時，應(yīng)選擇焊接連接，而不是螺栓。

2）在同一受力部位的加固中，不應(yīng)采用焊縫、鉚釘或普通螺栓等剛度差異較大的混合連接方法。在常用的鋼結(jié)構(gòu)連接方法中，連接剛度是焊接、摩擦高強度螺栓、鉚接和普通螺栓。一般來說，焊縫和高強度螺栓的混合連接應(yīng)采用剛度較大的連接加固，但在應(yīng)力簡單明確的接頭中，焊縫和高強度螺栓度螺栓的混合連接。

3)鋼筋連接所用材料應(yīng)符合原連接材料的性質(zhì)，其技術(shù)指標(biāo)和強度設(shè)計值應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017—2003）中*3.3.8條、*3.4.1條、*3.4.*二條的規(guī)定。金屬焊條等鋼筋連接材料應(yīng)與原結(jié)構(gòu)及其連接材料兼容、協(xié)調(diào)、一致，相互結(jié)合，具有良好的強度、韌性和塑性。

二、鋼結(jié)構(gòu)加固法-焊接連接加固法

1)焊縫連接的加固可以通過增加焊縫厚度或長度來實現(xiàn)。

2)新增固角焊縫的長度、焊腳尺寸或焊接層的厚度，應(yīng)設(shè)計連接處結(jié)構(gòu)加固前后力變化的差異，并考慮原連接實際可能的承載力計算。在計算過程中，應(yīng)重新分析焊縫的應(yīng)力，并考慮*5條和*6條的規(guī)定。

3）在負(fù)荷下用焊縫加固結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡量避免長度垂直于應(yīng)力方向的水平焊縫，否則應(yīng)采取特殊的技術(shù)措施和焊接工藝，以確保結(jié)構(gòu)施工的安全。應(yīng)計算焊接前后和焊接連接強度。

4)增加非水平焊縫長度時，原焊縫中的應(yīng)力不得**過焊縫的強度設(shè)計值，鋼筋及其鄰近段結(jié)構(gòu)的較大初始名稱應(yīng)力σ0,** x鋼結(jié)構(gòu)增大截面加固法工程一般規(guī)定不得**過*4條的規(guī)定。焊縫焊接時使用的焊條直徑不得**過4條mm；焊接電流不**過2200A；焊腳尺寸不大于4mm；**個焊道的溫度冷卻至1000℃下一個焊道只有在下面才能焊接；長度小于200mm當(dāng)焊縫長度增加時，首焊道應(yīng)至少從原焊縫端點以外20mm開始補焊，加固前后焊縫可考慮共同應(yīng)力，按*6條規(guī)定計算強度。限制焊條直徑、電流強度、焊腳尺寸和焊接時間間隔，避免金屬過熱，降低焊接殘余應(yīng)力。

三、鋼結(jié)構(gòu)加固法-螺栓與鉚釘連接加固法

1．一般規(guī)定

1）當(dāng)螺栓或鉚釘需要更換或添加新的加固連接時，應(yīng)首先考慮使用適當(dāng)直徑的高強度螺栓連接。當(dāng)結(jié)構(gòu)加固在負(fù)荷下，需要拆除原應(yīng)力螺栓、鉚釘或增加或增加釘孔時，除設(shè)計計算原結(jié)構(gòu)和加固連接件的承載力外，還必須檢查板的凈截面面積的強度。

2)當(dāng)結(jié)構(gòu)連接的鉚釘部分用摩擦高強度螺栓更換，形成高強度螺栓螺釘與鉚釘?shù)幕旌线B接時，應(yīng)考慮原鉚釘連接的應(yīng)力狀態(tài)，因為摩擦高強度螺栓的承載力一般只有鉚釘連接抗剪承載力的85%，為保證連接力的對稱性，應(yīng)更換缺損鉚釘和相應(yīng)布置的非缺損鉚釘。結(jié)構(gòu)性鉚釘不受此限制。

3)用高強度螺栓更換有缺陷的鉚釘和螺栓時，直徑小于原釘孔1～3mm高強度螺栓，但其承載力必須滿足鋼筋設(shè)計和計算的要求，主要針對摩擦高強度螺栓在足夠強度下?lián)p壞故障和松動鉚釘。

4)用摩擦型高強度螺栓加固鉚釘連接的混合可考慮兩種連接的共同應(yīng)力，但高強度螺栓的承載力設(shè)計值可按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行（GB 50017—2003）*7.2.1條至*7.2.計算確定了5條的相關(guān)規(guī)定。只有在承壓設(shè)計中，相同直徑的高強度螺栓的抗剪設(shè)計承載力才能**鉚釘連接。此時，必須處理和使用原孔的不均勻性B級或A級螺栓。

5）用焊縫連接加固螺栓或鉚釘連接時，由于焊縫連接的剛度遠(yuǎn)大于鉚釘和螺栓連接，因此不能考慮兩者共同受力，而應(yīng)按焊縫承受全部作用力設(shè)計計算其連接，不考慮焊縫與原有連接件的共同工作且不宜拆除原有的鉚釘和螺栓，已損壞失效者除外。

2．普通緊固件連接施工

(1)工藝流程

如圖2-1所示。

2-1 施工工藝流程圖

(2)螺栓組裝

1)裝配要求。

① 平墊圈應(yīng)放置在螺栓頭和螺母下，以增加壓力面積。

② 每個螺栓的一端不得墊兩個或兩個以上的墊圈，也不得用大螺母代替墊圈。螺栓擰緊后，外露絲扣不得小于2扣。

③ 對于設(shè)計要求防松動的螺栓和錨固螺栓，應(yīng)采用帶防松裝置的螺母(即雙螺母)或彈簧墊圈，或采取人工防松措施(如打毛螺栓外露絲扣)。

④ 對于承受動載荷或重要部位的螺栓連接，彈簧墊圈應(yīng)按設(shè)計要求放置，彈簧墊圈必須設(shè)置在螺母一側(cè)。

⑤ 工字鋼和槽鋼應(yīng)盡量使用斜墊圈，使螺母和螺栓頭的支撐面垂直于螺釘。

⑥ 雙頭螺栓的軸線必須垂直于工件，通常用角尺檢查。

⑦ 裝配雙頭螺栓時，首先將螺紋和螺孔的接觸面清理干凈，然后用手輕輕地把螺母擰到螺紋的終止處，如果遇到擰不進(jìn)的情況，不能用扳手強行擰緊，以免損壞螺紋。

2)螺母和螺釘?shù)慕M裝。

① 螺母或螺釘與零件的表面應(yīng)光滑、光滑，應(yīng)加工，否則*松動或彎曲螺釘。

② 螺母或螺釘與接觸面之間應(yīng)保持清潔，螺孔內(nèi)的污垢應(yīng)清潔。

③ 擰緊成組螺母時，必須按一定順序逐步擰緊（一般三次擰緊），否則零件或螺釘不一致甚至變形。擰緊矩形布置的成組螺母時，必須從中間逐漸對稱擴展到兩側(cè)，如圖2-2所示（a）如圖2-2所示，擰緊方形或圓形成組螺母時，必須對稱進(jìn)行（b）與（c）所示。

圖2-2 擰緊成組螺母的方法

（a）矩形布局；（b）方形布置；（c）圓形布置

(3)緊固防松

1)緊固軸力。

① 考慮到螺栓力均勻，盡量減少連接器變形對緊固軸力的影響，保證節(jié)點連接螺栓的質(zhì)量。螺栓緊固必須從中心開始，對稱擰緊；30號正火鋼制成的各種直徑螺栓的軸向允許荷載見表2-3。

表2-3 各種直徑螺栓的允許荷載

注：對于Q235及45號鋼應(yīng)將表中允許值分別乘以修正系數(shù)0.75及1.1。

② *螺栓擰緊質(zhì)量檢驗采用錘或扭矩扳手檢驗，螺栓不得振動和偏移，擰緊真實性用塞尺檢查，對接表面高度差（不均勻）不得**過0.5mm，平面上對接配件的差值**過0.5～3mm應(yīng)將較高的附件高出部分作為1:10的坡度，坡度不得用火焰切割。當(dāng)高度**過3時mm必須設(shè)置與結(jié)構(gòu)鋼號相同的鋼板制成的墊板，并采用相同的加工方法對墊板兩側(cè)進(jìn)行加工。

2)防松措施。

一般來說，螺紋連接是自鎖的，當(dāng)靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自行松動。但在沖擊、振動或變載的作用下，當(dāng)工作溫度變化不大時，可能會松動，影響工作，甚至發(fā)生事故。為了確保連接的安全性和可靠性，必須采取有效的防松措施。

常用的防松措施有三類:增加摩擦力、機械防松和不可拆卸。

① 增加摩擦力的防松措施。這種防松措施是為了防止擰緊螺紋因外部載荷變化而失去壓力，因此總是有摩擦阻力來防止連接松動。增加摩擦力的防松措施包括安裝彈簧墊圈和使用雙螺母。

② 機械防松。這種防松措施是利用各種止松部件來防止螺紋部件的相對旋轉(zhuǎn)。機械防松可靠，應(yīng)用廣泛。常用的機械防松措施包括開口銷和槽螺母、止回墊圈和圓螺母、止回墊圈和螺母、串聯(lián)鋼絲等。

③ 不可拆卸的防松措施。用點焊、點鉚等方法將螺母固定在螺栓或連接件上，或?qū)⒙葆敼潭ㄔ谶B接件上，

3．高強度螺栓連接施工

(1)工藝流程

高強度螺栓連接施工工藝如圖2-4所示。

圖2-4 高強度螺栓連接施工工藝流程圖

(2)摩擦面處理

高強度螺栓的形式和尺寸與普通螺栓基本相同。不同之處在于，安裝高強度螺栓時，必須擰緊螺母，使螺栓中的預(yù)拉力達(dá)到設(shè)計的預(yù)拉力值。預(yù)拉力值約為屈服點的80%從而在構(gòu)件連接處產(chǎn)生較高的預(yù)緊力。為方便安裝，孔徑大于螺栓桿1～2mm，螺栓桿與孔壁之間視為不接觸，這樣在外力的作用下，高強度螺栓連接就全靠構(gòu)件連接處的接觸面的摩擦來防止發(fā)生滑動并傳遞內(nèi)力。

摩擦表面的處理是指在高強度螺栓連接過程中對構(gòu)件接觸表面的鋼表面進(jìn)行處理。構(gòu)件表面加工后，接觸外表面的抗滑系數(shù)達(dá)到設(shè)計要求的額定值，一般為0.45～0.55.施工圖中應(yīng)說明構(gòu)件接觸面在高強度螺栓連接范圍內(nèi)的處理方法。

1）在高強度螺栓連接中，摩擦面的狀態(tài)對連接接頭的抗滑移動承載力有很大影響，因此必須對摩擦面進(jìn)行處理。常用的處理方法如下：

① 噴砂或噴丸。砂粒徑為1.2～1.4mm，噴射時間為1～2min，噴射風(fēng)壓為0.5Pa，表面粗糙度可達(dá)45～50μm。

② 噴砂后生銹。噴砂后露天生銹60～90d，表面粗糙度可達(dá)55μm，表面應(yīng)在安裝前清除浮銹。

③ 噴砂后涂無機富鋅漆處理，目的是為了防銹，一般要求涂層厚度為0.6～0.8μm。

④ 砂輪拋光。粗砂輪沿垂直應(yīng)力方向拋光，拋光后放在露天生銹，表面粗糙度可達(dá)5μm但離散性較大。

⑤ 手動鋼絲刷清洗。用鋼絲刷清理鋼表面的氧化鐵皮等污垢，處理方便，但抗滑移系數(shù)低，適用于次要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。

2)按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，摩擦面的抗滑系數(shù)（GB 50017—見表2-5。

表2-5 摩擦面的滑動系數(shù)值

3）處理后的摩擦面應(yīng)在出廠前進(jìn)行抗滑系數(shù)試驗，較小值應(yīng)符合設(shè)計要求；出廠時，安裝單位應(yīng)對與構(gòu)件材料和處理方法相同的試件進(jìn)行復(fù)檢。試件摩擦面在運輸過程中不得損壞。

4)處理好的摩擦面不得有飛邊、毛刺、焊疤或污損。

5)應(yīng)注意摩擦表面的保護(hù)，防止部件運輸、裝卸、堆放、二次搬運和翻轉(zhuǎn)時連接扳手的變形。安裝前，應(yīng)處理污染的連接表面。

6）處理后的摩擦面放置一段時間后，會產(chǎn)生一層浮銹。鋼絲刷去除浮銹后，抗滑移系數(shù)會比原來高。一般情況下，表面銹蝕在60天左右達(dá)到較大值。因此，從工廠摩擦面處理到現(xiàn)場安裝的時間應(yīng)在60天左右完成。

處理摩擦表面部件時，應(yīng)采取措施保護(hù)摩擦表面，不得涂漆或損壞。工廠必須附有三組相同材料和處理方法的試件，以檢查摩擦系數(shù)。

高強度螺栓板接觸應(yīng)平整，間隙應(yīng)按表2進(jìn)行-6.規(guī)定加工。

表2-6 板面接觸間隙加工

注：1為墊板；2為磨斜面。

四、鋼結(jié)構(gòu)加固法-鋼筋連接

1）為加固結(jié)構(gòu)增加的板（加固件）除具有足夠的設(shè)計承載力和剛度外，還必須與加固結(jié)構(gòu)有可靠的連接，以確保兩者的良好共同工作。也就是說，應(yīng)計算鋼筋板，使其具有足夠的承載能力和剛度，并與結(jié)構(gòu)有可靠的連接。

2)鋼筋件與鋼筋結(jié)構(gòu)之間的連接應(yīng)根據(jù)設(shè)計應(yīng)力要求進(jìn)行計算，并考慮結(jié)構(gòu)和施工條件。軸向應(yīng)力構(gòu)件可根據(jù)類型(4-33)計算；彎曲構(gòu)件應(yīng)根據(jù)可能的較大設(shè)計剪力計算；彎曲構(gòu)件可根據(jù)上述兩者中的較大值計算。

3)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》計算加固件的焊接、螺栓、鉚釘?shù)冗B接（GB 50017—2003）*7.1.2條至*7.1.5條和*7.2.1條至*7.2.對角焊縫強度設(shè)計值乘以0.其他強度設(shè)計值或承載力設(shè)計值乘以0.95折疊系數(shù)。例如，單角鋼單向連接角的焊縫強度應(yīng)乘以0.85×0.85=0.72的系數(shù)。


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