崔瓏+成勃

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)工程中的缺陷和損傷造成了工程隱患，也引發(fā)了一些工程事故，鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)也顯得越來越重要。本文從《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068-2001的相關(guān)規(guī)定出發(fā)，分析了鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的總體思路，總結(jié)了提高結(jié)構(gòu)抗力和減小作用效應(yīng)的基本方法，介紹了我國當(dāng)前主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標(biāo)準(zhǔn)情況和存在的問題。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；損傷；作用效應(yīng)；結(jié)構(gòu)抗力；加固

1.鋼結(jié)構(gòu)工程加固的意義

建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、塑性及韌性好、抗震性能好、便于工業(yè)化生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保、可循環(huán)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)的“綠色建筑”之一。隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程數(shù)量飛速增長，各類形式新穎、造型美觀、富有現(xiàn)代感的工業(yè)廠房、體育場館、會展中心、候機(jī)大廳、大劇院、博物館等鋼結(jié)構(gòu)工程如雨后春筍般涌現(xiàn)，建筑鋼結(jié)構(gòu)已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中。

但是由于各種各樣的原因，鋼結(jié)構(gòu)工程也可能存在各種缺陷和損傷：

（1）荷載變化，超期服役（圖1）；

（2）構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷、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(xué)物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學(xué)腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱；

（5）設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等（圖2）。

鋼結(jié)構(gòu)工程的缺陷和損傷將引起宏觀力學(xué)性能的劣化，導(dǎo)致工程事故。鋼結(jié)構(gòu)損傷具有局部性和多發(fā)性特點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)不可能在出現(xiàn)損傷時(shí)就立即退役。對損傷構(gòu)件進(jìn)行更換將造成極大的浪費(fèi)，而且會影響結(jié)構(gòu)的正常使用。大量鋼結(jié)構(gòu)工程存在技術(shù)改造和加固的要求，因此，尋求經(jīng)濟(jì)高效的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)既是建筑工程領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題，又是一個(gè)關(guān)系到社會可持續(xù)發(fā)展的問題。

2.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

2.1加固技術(shù)的總體思路

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068-2001，當(dāng)僅考慮作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本變量時(shí)，結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下式要求：

據(jù)此，與混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的加固一樣，鋼結(jié)構(gòu)加固的主要思路有提高結(jié)構(gòu)抗力和減小作用效應(yīng)及兩種方法的結(jié)合。

從加固設(shè)計(jì)的角度考慮，提高結(jié)構(gòu)抗力法主要是對構(gòu)件截面和連接進(jìn)行加固；減小作用效應(yīng)法主要是改變荷載分布、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同作用等。

2.2提高結(jié)構(gòu)抗力法

提高結(jié)構(gòu)抗力法是在局部或沿構(gòu)件全長進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，主要方法有：加大截面法、連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固等。

2.2.1加大截面法

加大截面法是通過加大構(gòu)件的截面積來提高構(gòu)件的剛度和承載能力。對于構(gòu)件不同的受力特征，其加大截面的形式也不盡相同。受拉、受壓、受彎構(gòu)件的加固形式分別如圖3～圖5所示。

加大截面法時(shí)應(yīng)考慮以下因素：

（1）保證加固構(gòu)件有合理的傳力路徑，使其與原構(gòu)件能共同工作；

（2）加固構(gòu)件布置應(yīng)適應(yīng)原構(gòu)件幾何形狀或已發(fā)生的變形，以利施工；

（3）盡量減少加固施工工作量，如采用焊接或粘接的形式；

（4）采用焊接時(shí)，應(yīng)盡量減少焊接工作量，注意焊接順序，降低焊接變形和應(yīng)力，盡量避免仰焊。在負(fù)載狀態(tài)焊接應(yīng)采用較小焊接尺寸，并應(yīng)首先加固對原有構(gòu)件影響較小、構(gòu)件最薄弱的部位等；

（5）輕鋼結(jié)構(gòu)中的小角鋼和圓鋼桿件不宜在負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行焊接，必須焊接時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)措施；

（6）加大截面尺寸不能過多削弱原構(gòu)件的承載力，盡量采用小螺栓和高強(qiáng)度螺栓，焊接時(shí)應(yīng)盡量避免采用與原構(gòu)件應(yīng)力方向垂直的焊縫。否則應(yīng)采取專門措施。

（7）軸心受力構(gòu)件加固后，應(yīng)考慮構(gòu)件截面形心偏移的影響。

2.2.2連接的加固與加固件的連接

連接加固是鋼結(jié)構(gòu)加固中較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)加固連接方法應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、施工條件，并結(jié)合原有連接方法來確定。在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差過大的加固措施。

（1）焊縫連接的加固

當(dāng)使用焊接施工較方便時(shí)，且加固處允許采用焊縫連接時(shí)，可考慮采用焊縫進(jìn)行加固。焊縫加固應(yīng)首先考慮增加焊縫長度來實(shí)現(xiàn)，其次考慮增加焊腳尺寸、同時(shí)增加焊縫長度和焊腳尺寸、增加獨(dú)立的新焊縫等方式。

焊接連接加固時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制垂直于受力方向的橫向焊縫，以確保焊接時(shí)的受力安全。

（2）螺栓連接的加固

原有螺栓松動(dòng)、損害失效或連接強(qiáng)度不足需要更換或新增時(shí)，應(yīng)首先考慮采用相同直徑的高強(qiáng)度螺栓連接，也可采用焊接。

在《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》JGJ 82-2011中，提出了考慮摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接和貼角焊縫共同承擔(dān)同一剪力進(jìn)行設(shè)計(jì)的栓焊并用連接形式和在梁、柱、支撐構(gòu)件的拼接及相互間的連接節(jié)點(diǎn)中，翼緣采用熔透焊縫連接，腹板采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的栓焊混用連接形式。

（3）加固件的連接

加固件與被加固結(jié)構(gòu)間的連接，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)受力要求經(jīng)計(jì)算并考慮構(gòu)造和施工條件確定。

2.2.3裂紋的修復(fù)與加固

在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)，作為應(yīng)急措施，可在板件裂紋的端外鉆孔，以防止其進(jìn)一步急劇擴(kuò)展（該孔稱為止裂孔，圖6），并及時(shí)根據(jù)裂紋性質(zhì)及擴(kuò)展傾向再采取恰當(dāng)措施修復(fù)加固。

修復(fù)裂紋應(yīng)優(yōu)先采用堵焊的方式，堵焊的施工順序一般為：清洗裂紋兩邊80mm以上范圍內(nèi)板面油污至露出潔凈的金屬面；用氣刨、風(fēng)鏟或砂輪將裂紋邊緣加工成坡口，直達(dá)紋端的止裂孔；將裂紋兩側(cè)及端部金屬預(yù)熱至100～150℃，并在焊接過程中保持此溫度；用與鋼材相匹配的低氫或超低氫型焊條施焊，并盡可能用小直徑焊條流分段分層逆向施焊，每一道焊完后宜立即進(jìn)行錘擊；對承受動(dòng)力荷載的構(gòu)件，堵焊后其表面應(yīng)磨光，使之與原構(gòu)件表面齊平。

2.3減小作用效應(yīng)法

減小作用效應(yīng)法的思路是采用改變荷載分布狀況（如將集中荷載改為多個(gè)集中荷載）、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、減小桿件自由長度、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施，改變構(gòu)件的受力特征，降低其應(yīng)力水平。對超靜定結(jié)構(gòu)支座還可以進(jìn)行強(qiáng)迫位移。

2.3.1受彎構(gòu)件的加固

考慮減小作用效應(yīng)時(shí)，受彎構(gòu)件加固的方法主要有：

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)支座位置，改變結(jié)構(gòu)跨度；

（2）改變端部支撐情況，如該鉸接和鋼接；

（3）增加中間支座，將簡支改為連續(xù)；

（4）將構(gòu)件改為支撐式結(jié)構(gòu)（圖7、圖8）。

2.3.2桁架桿件的加固

改變桁架桿件內(nèi)力的方法主要有：

（1）增加撐桿，變桁架為撐桿式構(gòu)架（圖9、圖10）；

（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿（圖11、圖12）

2.3.3改善構(gòu)件受力狀況

在結(jié)構(gòu)中可以采用以下方法改善構(gòu)件的受力狀況：

（1）加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)和增加支撐，如：采取相應(yīng)措施，使鋼屋架和天窗架共同工作；

（2）排架和框架中，為減小加固工作量和加固施工影響，集中加強(qiáng)某一柱列剛度，其他柱列可不加固或少加固（圖13）。

2.3.4增加支撐或輔助構(gòu)件

（1）增加屋蓋支撐及結(jié)構(gòu)空間剛度使排架柱可以按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，挖掘結(jié)構(gòu)的潛力（圖14）。

（2）增設(shè)支撐以調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，改善結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能（圖15）。

（3）增設(shè)支撐以減小構(gòu)件長細(xì)比，提高穩(wěn)定性（圖16、圖17）。

（4）在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊拉索，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度（圖18）。

改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固過程（包括施工過程）中，除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承能力和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算外，尚應(yīng)注意對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)以及支座中的內(nèi)力重分布，對結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進(jìn)行必要的補(bǔ)充驗(yàn)算，并采取切實(shí)可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法，設(shè)計(jì)與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計(jì)允許，不得擅自修改設(shè)計(jì)規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力或規(guī)定位移的數(shù)值和允許偏差，及其檢測位置和檢驗(yàn)方法。

3.我國主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標(biāo)準(zhǔn)情況

1996年11月，冶金工業(yè)部發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》YB 9257-96，自1997年7月1日起施行。在加固方面，規(guī)定了加固的原則和方法、材料、荷載、計(jì)算的基本規(guī)定、構(gòu)造要求等。規(guī)程中規(guī)定了增加截面的加固方法、加固中的連接、吊車梁系統(tǒng)的加固、荷載作用下的焊接加固，以及加固工程的驗(yàn)收。

1996年5月，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 77：96，規(guī)定了加固基本原則和一般方法。加固的方法主要有改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固和加大構(gòu)件截面的加固。規(guī)程規(guī)定了連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固，以及加固工程的施工安全和驗(yàn)收。

2010年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50550-2010，對其中鋼構(gòu)件增大截面工程、鋼構(gòu)件焊縫補(bǔ)強(qiáng)工程、鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)工程的施工質(zhì)量和驗(yàn)收方法進(jìn)行了規(guī)定。

以上標(biāo)準(zhǔn)在加大鋼構(gòu)件的截面時(shí)均采用鋼材，而大量試驗(yàn)及數(shù)值模擬表明，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)也可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的承載力，該方法還適合于腐蝕環(huán)境、施工困難的鋼結(jié)構(gòu)。

2014年初，冶金建筑研究總院主編的中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)入征求意見階段。規(guī)程中對受拉構(gòu)件的加固、軸壓構(gòu)件的加固、工字型鋼梁受彎構(gòu)件的加固、鋼管的加固與修復(fù)、抗疲勞加固等做出了規(guī)定，為鋼結(jié)構(gòu)加固提供了嶄新的思路。

4.主要問題和發(fā)展方向

我國正大力推動(dòng)建筑工業(yè)化進(jìn)程，鋼結(jié)構(gòu)是其中的重要組成部分?？梢韵胍?，今后將有更多的鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。

但是也應(yīng)該看到，鋼結(jié)構(gòu)工程往往是人員聚集、大型活動(dòng)的場所，鋼結(jié)構(gòu)的安全性尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要有：穩(wěn)定性破壞（局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)），由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的疲勞問題，由低溫和動(dòng)載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕等引起的脆性破壞和化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。對鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的研究非常必要。

從我國現(xiàn)階段關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程加固的標(biāo)準(zhǔn)看，主要的加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布較早，技術(shù)相對滯后。鋼結(jié)構(gòu)加固中部分領(lǐng)域的研究尚不充分，如節(jié)點(diǎn)的加固問題、負(fù)載作用下的焊接問題、焊接時(shí)高溫作用帶來的副作用、高強(qiáng)螺栓的應(yīng)力松弛問題等，需要工程技術(shù)界進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2] YB 9257-96.鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程[S]

[3] CECS 77：96.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB50550-2010.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]

[5] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[6] 楊勇新等.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.征求意見稿.[S]

[7] 萬馨等.某煉鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的改造與加固[J].工業(yè)建筑，2009.23（5）：13-15

[8] 龔順風(fēng)等.加固鋼柱的非線性屈曲性能研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2011.26（11）：15-19

[9] 盧亦焱等.碳纖維布與鋼板粘貼復(fù)合材料徐變性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011.32（4）：9-14

[10] 石永久等.中高強(qiáng)度剛才鋼框架梁柱組合節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009.42（4）：48-54

[11] 孫建東等.空間KK形圓管搭接節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式改進(jìn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2013.34（2）：99-105

2.3減小作用效應(yīng)法

減小作用效應(yīng)法的思路是采用改變荷載分布狀況（如將集中荷載改為多個(gè)集中荷載）、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、減小桿件自由長度、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施，改變構(gòu)件的受力特征，降低其應(yīng)力水平。對超靜定結(jié)構(gòu)支座還可以進(jìn)行強(qiáng)迫位移。

2.3.1受彎構(gòu)件的加固

考慮減小作用效應(yīng)時(shí)，受彎構(gòu)件加固的方法主要有：

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)支座位置，改變結(jié)構(gòu)跨度；

（2）改變端部支撐情況，如該鉸接和鋼接；

（3）增加中間支座，將簡支改為連續(xù)；

（4）將構(gòu)件改為支撐式結(jié)構(gòu)（圖7、圖8）。

2.3.2桁架桿件的加固

改變桁架桿件內(nèi)力的方法主要有：

（1）增加撐桿，變桁架為撐桿式構(gòu)架（圖9、圖10）；

（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿（圖11、圖12）

2.3.3改善構(gòu)件受力狀況

在結(jié)構(gòu)中可以采用以下方法改善構(gòu)件的受力狀況：

（1）加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)和增加支撐，如：采取相應(yīng)措施，使鋼屋架和天窗架共同工作；

（2）排架和框架中，為減小加固工作量和加固施工影響，集中加強(qiáng)某一柱列剛度，其他柱列可不加固或少加固（圖13）。

2.3.4增加支撐或輔助構(gòu)件

（1）增加屋蓋支撐及結(jié)構(gòu)空間剛度使排架柱可以按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，挖掘結(jié)構(gòu)的潛力（圖14）。

（2）增設(shè)支撐以調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，改善結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能（圖15）。

（3）增設(shè)支撐以減小構(gòu)件長細(xì)比，提高穩(wěn)定性（圖16、圖17）。

（4）在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊拉索，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度（圖18）。

改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固過程（包括施工過程）中，除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承能力和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算外，尚應(yīng)注意對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)以及支座中的內(nèi)力重分布，對結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進(jìn)行必要的補(bǔ)充驗(yàn)算，并采取切實(shí)可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法，設(shè)計(jì)與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計(jì)允許，不得擅自修改設(shè)計(jì)規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力或規(guī)定位移的數(shù)值和允許偏差，及其檢測位置和檢驗(yàn)方法。

3.我國主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標(biāo)準(zhǔn)情況

1996年11月，冶金工業(yè)部發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》YB 9257-96，自1997年7月1日起施行。在加固方面，規(guī)定了加固的原則和方法、材料、荷載、計(jì)算的基本規(guī)定、構(gòu)造要求等。規(guī)程中規(guī)定了增加截面的加固方法、加固中的連接、吊車梁系統(tǒng)的加固、荷載作用下的焊接加固，以及加固工程的驗(yàn)收。

1996年5月，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 77：96，規(guī)定了加固基本原則和一般方法。加固的方法主要有改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固和加大構(gòu)件截面的加固。規(guī)程規(guī)定了連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固，以及加固工程的施工安全和驗(yàn)收。

2010年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50550-2010，對其中鋼構(gòu)件增大截面工程、鋼構(gòu)件焊縫補(bǔ)強(qiáng)工程、鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)工程的施工質(zhì)量和驗(yàn)收方法進(jìn)行了規(guī)定。

以上標(biāo)準(zhǔn)在加大鋼構(gòu)件的截面時(shí)均采用鋼材，而大量試驗(yàn)及數(shù)值模擬表明，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)也可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的承載力，該方法還適合于腐蝕環(huán)境、施工困難的鋼結(jié)構(gòu)。

2014年初，冶金建筑研究總院主編的中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)入征求意見階段。規(guī)程中對受拉構(gòu)件的加固、軸壓構(gòu)件的加固、工字型鋼梁受彎構(gòu)件的加固、鋼管的加固與修復(fù)、抗疲勞加固等做出了規(guī)定，為鋼結(jié)構(gòu)加固提供了嶄新的思路。

4.主要問題和發(fā)展方向

我國正大力推動(dòng)建筑工業(yè)化進(jìn)程，鋼結(jié)構(gòu)是其中的重要組成部分。可以想見，今后將有更多的鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。

但是也應(yīng)該看到，鋼結(jié)構(gòu)工程往往是人員聚集、大型活動(dòng)的場所，鋼結(jié)構(gòu)的安全性尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要有：穩(wěn)定性破壞（局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)），由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的疲勞問題，由低溫和動(dòng)載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕等引起的脆性破壞和化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。對鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的研究非常必要。

從我國現(xiàn)階段關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程加固的標(biāo)準(zhǔn)看，主要的加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布較早，技術(shù)相對滯后。鋼結(jié)構(gòu)加固中部分領(lǐng)域的研究尚不充分，如節(jié)點(diǎn)的加固問題、負(fù)載作用下的焊接問題、焊接時(shí)高溫作用帶來的副作用、高強(qiáng)螺栓的應(yīng)力松弛問題等，需要工程技術(shù)界進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2] YB 9257-96.鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程[S]

[3] CECS 77：96.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB50550-2010.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]

[5] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[6] 楊勇新等.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.征求意見稿.[S]

[7] 萬馨等.某煉鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的改造與加固[J].工業(yè)建筑，2009.23（5）：13-15

[8] 龔順風(fēng)等.加固鋼柱的非線性屈曲性能研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2011.26（11）：15-19

[9] 盧亦焱等.碳纖維布與鋼板粘貼復(fù)合材料徐變性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011.32（4）：9-14

[10] 石永久等.中高強(qiáng)度剛才鋼框架梁柱組合節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009.42（4）：48-54

[11] 孫建東等.空間KK形圓管搭接節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式改進(jìn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2013.34（2）：99-105

2.3減小作用效應(yīng)法

減小作用效應(yīng)法的思路是采用改變荷載分布狀況（如將集中荷載改為多個(gè)集中荷載）、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)、邊界條件、增設(shè)附加桿件和支撐、減小桿件自由長度、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施，改變構(gòu)件的受力特征，降低其應(yīng)力水平。對超靜定結(jié)構(gòu)支座還可以進(jìn)行強(qiáng)迫位移。

2.3.1受彎構(gòu)件的加固

考慮減小作用效應(yīng)時(shí)，受彎構(gòu)件加固的方法主要有：

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)支座位置，改變結(jié)構(gòu)跨度；

（2）改變端部支撐情況，如該鉸接和鋼接；

（3）增加中間支座，將簡支改為連續(xù)；

（4）將構(gòu)件改為支撐式結(jié)構(gòu)（圖7、圖8）。

2.3.2桁架桿件的加固

改變桁架桿件內(nèi)力的方法主要有：

（1）增加撐桿，變桁架為撐桿式構(gòu)架（圖9、圖10）；

（2）加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿（圖11、圖12）

2.3.3改善構(gòu)件受力狀況

在結(jié)構(gòu)中可以采用以下方法改善構(gòu)件的受力狀況：

（1）加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)和增加支撐，如：采取相應(yīng)措施，使鋼屋架和天窗架共同工作；

（2）排架和框架中，為減小加固工作量和加固施工影響，集中加強(qiáng)某一柱列剛度，其他柱列可不加固或少加固（圖13）。

2.3.4增加支撐或輔助構(gòu)件

（1）增加屋蓋支撐及結(jié)構(gòu)空間剛度使排架柱可以按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，挖掘結(jié)構(gòu)的潛力（圖14）。

（2）增設(shè)支撐以調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率，改善結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能（圖15）。

（3）增設(shè)支撐以減小構(gòu)件長細(xì)比，提高穩(wěn)定性（圖16、圖17）。

（4）在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊拉索，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度（圖18）。

改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固過程（包括施工過程）中，除應(yīng)對被加固結(jié)構(gòu)承能力和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算外，尚應(yīng)注意對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和使用功能的影響，考慮在結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)以及支座中的內(nèi)力重分布，對結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）進(jìn)行必要的補(bǔ)充驗(yàn)算，并采取切實(shí)可行的合理構(gòu)造措施。采用改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法，設(shè)計(jì)與施工應(yīng)緊密配合，未經(jīng)設(shè)計(jì)允許，不得擅自修改設(shè)計(jì)規(guī)定的施工方法和程序。采用調(diào)整內(nèi)力的方法加固結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)在加固設(shè)計(jì)中規(guī)定調(diào)整內(nèi)力或規(guī)定位移的數(shù)值和允許偏差，及其檢測位置和檢驗(yàn)方法。

3.我國主要的鋼結(jié)構(gòu)工程加固標(biāo)準(zhǔn)情況

1996年11月，冶金工業(yè)部發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》YB 9257-96，自1997年7月1日起施行。在加固方面，規(guī)定了加固的原則和方法、材料、荷載、計(jì)算的基本規(guī)定、構(gòu)造要求等。規(guī)程中規(guī)定了增加截面的加固方法、加固中的連接、吊車梁系統(tǒng)的加固、荷載作用下的焊接加固，以及加固工程的驗(yàn)收。

1996年5月，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 77：96，規(guī)定了加固基本原則和一般方法。加固的方法主要有改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固和加大構(gòu)件截面的加固。規(guī)程規(guī)定了連接的加固和加固件的連接、裂紋的修復(fù)與加固，以及加固工程的施工安全和驗(yàn)收。

2010年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50550-2010，對其中鋼構(gòu)件增大截面工程、鋼構(gòu)件焊縫補(bǔ)強(qiáng)工程、鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)工程的施工質(zhì)量和驗(yàn)收方法進(jìn)行了規(guī)定。

以上標(biāo)準(zhǔn)在加大鋼構(gòu)件的截面時(shí)均采用鋼材，而大量試驗(yàn)及數(shù)值模擬表明，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)也可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的承載力，該方法還適合于腐蝕環(huán)境、施工困難的鋼結(jié)構(gòu)。

2014年初，冶金建筑研究總院主編的中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)入征求意見階段。規(guī)程中對受拉構(gòu)件的加固、軸壓構(gòu)件的加固、工字型鋼梁受彎構(gòu)件的加固、鋼管的加固與修復(fù)、抗疲勞加固等做出了規(guī)定，為鋼結(jié)構(gòu)加固提供了嶄新的思路。

4.主要問題和發(fā)展方向

我國正大力推動(dòng)建筑工業(yè)化進(jìn)程，鋼結(jié)構(gòu)是其中的重要組成部分?？梢韵胍?，今后將有更多的鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。

但是也應(yīng)該看到，鋼結(jié)構(gòu)工程往往是人員聚集、大型活動(dòng)的場所，鋼結(jié)構(gòu)的安全性尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)事故類型最主要有：穩(wěn)定性破壞（局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)），由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅等引起的疲勞問題，由低溫和動(dòng)載、材質(zhì)缺陷、鋼板厚度、應(yīng)力腐蝕等引起的脆性破壞和化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等。對鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的研究非常必要。

從我國現(xiàn)階段關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程加固的標(biāo)準(zhǔn)看，主要的加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布較早，技術(shù)相對滯后。鋼結(jié)構(gòu)加固中部分領(lǐng)域的研究尚不充分，如節(jié)點(diǎn)的加固問題、負(fù)載作用下的焊接問題、焊接時(shí)高溫作用帶來的副作用、高強(qiáng)螺栓的應(yīng)力松弛問題等，需要工程技術(shù)界進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2] YB 9257-96.鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程[S]

[3] CECS 77：96.鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB50550-2010.建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]

[5] GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[6] 楊勇新等.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.征求意見稿.[S]

[7] 萬馨等.某煉鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的改造與加固[J].工業(yè)建筑，2009.23（5）：13-15

[8] 龔順風(fēng)等.加固鋼柱的非線性屈曲性能研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2011.26（11）：15-19

[9] 盧亦焱等.碳纖維布與鋼板粘貼復(fù)合材料徐變性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011.32（4）：9-14

[10] 石永久等.中高強(qiáng)度剛才鋼框架梁柱組合節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009.42（4）：48-54

[11] 孫建東等.空間KK形圓管搭接節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式改進(jìn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2013.34（2）：99-105