負(fù)載下鋼結(jié)構(gòu)工字形壓彎構(gòu)件焊接加固試驗(yàn)

王元清，蔣立，戴國(guó)欣，等

摘要：目的：鋼結(jié)構(gòu)加固的需求在工業(yè)建筑中已集中顯現(xiàn)，并隨鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展向公共和民用建筑領(lǐng)域延伸，負(fù)載下焊接加固技術(shù)，是鋼結(jié)構(gòu)加固方法中最傳統(tǒng)且實(shí)用的一種。但目前負(fù)載下焊接加固鋼結(jié)構(gòu)的研究工作幾乎全部集中于軸壓和受彎構(gòu)件，而實(shí)際中的大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件為壓彎構(gòu)件，同時(shí)，焊接加固技術(shù)本身也存在一些需要解決的問(wèn)題制約著該技術(shù)推廣，特別是負(fù)載下焊接加固過(guò)程的熱影響問(wèn)題。為研究鋼結(jié)構(gòu)壓彎構(gòu)件在負(fù)載下焊接加固過(guò)程的熱影響以及不同初始負(fù)載對(duì)焊接加固后受力特性的影響，進(jìn)行了壓彎鋼柱的靜力試驗(yàn)。方法：試驗(yàn)中，被加固鋼柱均為工字形雙軸對(duì)稱(chēng)截面，被置于頂端面內(nèi)自由面外平動(dòng)約束、底端固接的邊界條件下，柱頂固定面內(nèi)偏心距按4檔不同初始負(fù)載分別進(jìn)行。采用翼緣外對(duì)稱(chēng)貼焊鋼板加固方案，材料類(lèi)型均為Q345B級(jí)普通碳素鋼。構(gòu)件的幾何缺陷通過(guò)經(jīng)緯儀及應(yīng)變片測(cè)得，焊接及冷卻過(guò)程構(gòu)件溫度通過(guò)紅外線測(cè)溫儀獲得。通過(guò)在特征位置設(shè)置位移計(jì)及應(yīng)變片進(jìn)行試驗(yàn)全過(guò)程的構(gòu)件變形及截面應(yīng)變監(jiān)測(cè)。對(duì)于未負(fù)載加固鋼柱，一次單調(diào)加載至其破壞；對(duì)于負(fù)載加固柱，按照“初始加載、持載、加固施焊、冷卻至室溫、加載至破壞”的程序進(jìn)行試驗(yàn)。加固施焊的次序考慮壓彎構(gòu)件的受力特性并兼顧施工方便確定為平行對(duì)稱(chēng)施焊，先施焊受拉側(cè)的加固件后施焊受壓側(cè)的加固件，并且從嵌固端向另一端施焊。結(jié)果：焊接過(guò)程負(fù)載焊接試件均發(fā)生不同程度的宏觀變形及微觀應(yīng)變重分布，加載時(shí)所有壓彎鋼柱均呈現(xiàn)壓彎受力狀態(tài)，最終都發(fā)生明顯的空間彎扭失穩(wěn)破壞，且卸載后試件整體彎扭殘余變形明顯。結(jié)論：試驗(yàn)結(jié)果分析表明，（1）加固焊接次序決定焊接殘余變形的發(fā)展機(jī)理，焊接冷卻后構(gòu)件豎向位移、水平面內(nèi)位移、水平面外位移等加固焊接殘余變形的增大程度與初始負(fù)載有關(guān)，初始負(fù)載越大，焊接殘余變形越大。焊接熱輸入大小和初始負(fù)載大小共同影響持載焊接的位移范圍，即荷載-位移曲線的焊接平臺(tái)段寬。（2）負(fù)載下焊接加固試件在焊接加固過(guò)程產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變重分布現(xiàn)象，加固后腹板應(yīng)變較加固前明顯增大，且受壓近側(cè)的腹板受壓增大更多，加固焊接次序影響應(yīng)力應(yīng)變重分布開(kāi)展方式。（3）初始負(fù)載影響負(fù)載下壓彎構(gòu)件的承載力，初應(yīng)力比為0.22時(shí)初始負(fù)載對(duì)承載力的影響可以忽略，而初始應(yīng)力比為0.72時(shí)初始負(fù)載影響明顯。（4）初始幾何缺陷也會(huì)影響加固后承載力。此外，試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果與規(guī)范計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范均未充分反映初始負(fù)載對(duì)壓彎構(gòu)件加固后承載力的影響，且規(guī)范計(jì)算結(jié)果均明顯低于實(shí)際承載力而偏于保守。

來(lái)源出版物：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 48(6)：30-37

入選年份：2016