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1受弯钢梁加大截面法加固计算分析熊军辉郑玉莹韩敏龙谋识（中国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州，221008）摘要：本文主要介绍了受弯钢梁加固情况。加大截面法是钢构件加固最常用的方法之一，而受钢梁加固就是常采用加大截面法，既方便，实用，又经济。通过加大截面法对受弯钢梁加固进行分析，给出了受弯钢梁加大截面加固后的计算公式，符合钢结构加固技术规范。关键词：加大截面法；加固；受弯钢梁；强度AnAnalyticalStudyontheCalculationofReinforcingBendingGirdersbyIncreasingSectionsXIONGJun-huiZHENGYu-yingHANMinLONGMou-shi(SchoolofBuildingEngineering,ChinaUniversityofMining＆technology,Xuzhou221008,China)Abstract:Thepapermostlypresentedsomecomplexionsofreinforcingbendinggirders.Itwasconvenient,practicalandeconomicforincreasingsectionsusedonreinforcingbendinggirders,whichwasacommonwayofreinforcingsteelcomponents.Byanalyzingthereinforcmentsofbendinggirdersbyincreasingsections,thecalculatingformulasofreinforcingbendinggirdersbyincreasingsectionsaregained,whichaccordwiththecriterionofsteelstructurereinforcingtechnology.Keywords:increasingsections;reinforcing;bendinggirders;intensity0.前言钢结构存在缺陷和损伤或改变使用条件,经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时,应对钢结构进行加固。钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等[1]。当有成熟经验时,也可采用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构,根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固,有增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接点加固法。全面加固是对整体结构进行加固,有不改变结构静力计算图形加固法和改变结构静力计算图形加固法两类。增加或加强支承体系,也是对结构体系加固的有效方法。加固结构的施工方法有:负荷加固、卸荷加固和从原结构上拆下应加固或更新的部件进行加固。1.钢结构加固概述当钢结构存在严重缺陷、损伤或使用条件发生改变，经检查、验算结构的强度（包括连接）、刚度或稳定性等不满足设计要求时，应对钢结构进行加固[4]。作者简介：熊军辉（1981-），男，在读硕士研究生，从事钢结构保护研究，e-mail:panda_67@163.com。21.1加固原则结构或构件加固是一项复杂的工作，考虑因素很多，加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择。一般原则如下：（1）结构经可靠性鉴定不满足时，必须进行加固处理。加固的范围和内容应根据鉴定结论和加固后的使用要求，由设计单位与业主协商确定。加固设计的内容和范围，可以是结构整体，亦可以是指定的区段、特定的构件或部位。（2）加固后的钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度、结构的重要性和下一个使用期的具体要求，由委托方和设计者按实际情况商定。（3）结构加固时尽可能做到不停产或少停产，因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍。能否在负荷下不停产加固，取决于结构应力应变状态，一般构件内应力小于钢材设计强度的80%，且构件损坏、变形等不大严重时，可采用负荷不停产加固方法。（4）钢结构加固设计应与实际施工方法紧密结合，并应采取有效措施，保证新增截面、构件和部件与原结构连接可靠，使其形成整体共同工作。在加固施工时，应避免对未加固的部分或构件造成不利的影响，并充分考虑现场条件对施工方法、加固效果和施工工期的影响，应采取减少构件在加固过程中产生附加变形的加固措施和施工方法。（5）对于高温、腐蚀、冷脆、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应提出其相应的处理对策后再进行加固。（6）对于加固是可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素的钢结构，在加固施工前，应采取相应的临时安全措施，以防止事故的发生。1.2加固方法及程序根据损害范围，钢结构的加固可分为两大类：一是局部加固，一般只对某些承载力不足的杆件或连接节点进行加固。二是全面加固，是对整体结构进行的加固。从设计的角度来讲，钢结构的加固主要分为两大类：（1）改变结构计算简图的加固方法：采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质、边界条件、增设附加杆件或支撑、施加预应力、考虑空间协同作用等措施对结构进行加固的方法。（2）不改变结构计算简图的加固方法：在不改变结构计算简图的前提下，对原结构的构件截面和连接进行补强的方法。此时对构件的加固又称为加大截面法。从施工的角度来讲，钢结构的加固也可分为两大类：（1）卸载或部分卸载加固：结构损伤教严重或构件的应力很高，或者补强施工不得不临时削弱承受很大内力的构件及连接时，需要暂时减轻其负荷。对某些主要承受移动荷载的结构（如吊车梁等）可限制移动荷载，这就相当于部分卸载了。当结构损坏严重或原结构构件的承载能力过小，不宜就地补强时，还需要将构件拆下补强或更换。此时，应采取措施使结构构件完全卸荷。（2）在负荷状态下加固：这是加固工作量最小、最简便的方法。但为保证结构的安全，应要求原结构的承载力应有不少于20%的富余，并且构件应没有严重的损伤。加固工作应按图1所示程序进行。图1加固工作程序Fig.1Theprocedureofreinforcingwork资料搜索加固方案选择加固设计施工组织设计加固施工验收31.3钢梁的加固方法钢梁及吊车梁加固应尽量在负荷状态下进行,不得已需卸荷或部分卸荷状态下加固时,可以采用临时支柱卸荷；对于实腹式梁设置临时支柱时,应注意临时支柱处实腹梁腹板的强度和稳定,以及翼缘焊缝(或栓钉)的强度；对于吊车梁来说,限制桥式吊车运行,即相当于大部分已卸荷。钢梁的加固方法[3]:①改变梁支座部分连续方法进行加固。在支座部分的梁上下翼缘焊上钢板,使其变成连续体系,该钢板所传递的力应恰好与支座弯矩相平衡,连续后可使跨中弯矩降低15%～20%。②支撑加固梁方法。支撑加固主要是斜撑加固,分长斜撑和短斜撑两种。长斜撑支在柱基础上,能减小柱子的内力。短斜撑通常支在柱子上。一般采用焊接方法连接斜撑和梁,验算时要考虑梁中间部分(斜撑支点之间)会产生压力。用斜撑加固时也必须加固梁截面。当梁的荷载增加时,除加固梁还要加固柱子和柱基。③吊杆加固梁方法。在层高较高的房屋内,用固定于上部柱的吊杆加固梁；由于吊杆不沿腹板轴线与梁相连,故梁又受扭；吊杆应施加预应力,吊杆按预应力和计算荷载引起的应力总和确定。④下支撑构件加固梁方法。当允许梁卸荷加固时,可采用下支撑构件加固法,下撑杆使梁变成有刚性的上弦梁桁架。⑤补增梁截面加固法。采用加大截面加固钢梁时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑有缺陷和损伤的状况。加固钢梁受力分析计算简图,应反映结构的实际条件,考虑损伤及加固引起的不利变形、加固期间及前后作用在结构上的荷载及其不利组合,对于超静定结构尚应考虑因截面加大、钢梁刚度改变使体系内部重分布的可能,必要时应分阶段进行受力分析和计算。2.受弯钢梁加大截面的加固法加大钢梁截面的加固方法涉及面广，施工较为简便，尤其在满足一定前提条件下，还可在负荷状态下加固，因而是钢结构加固中最常用的方法。采用加大截面的方法加固钢钢梁，应考虑钢梁的受力情况及存在的缺陷，在方便施工、连接可靠的前提下选取最有效的截面增加形式，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损失的状况。2.1计算的一般规定（1）在完全卸载的状态下，采用加大截面的方法加固钢结构时，钢梁的强度和稳定性，按加固后的截面用与新结构相同的方法依据《钢结构设计规范》（GB50017）[2]的规定进行计算。（2）在负荷状态下，采用加大截面的方法加固钢梁时，原结构中承载力应有不少于20%的富余。加固后钢梁承载力的计算应根据荷载形态分别进行。（3）负荷状态下采用加大截面的方法进行加固时，其加固计算应根据原有钢梁的受力状态，钢材强度设计值应乘以加固折减系数k。（4）加固后的受弯钢梁，不考虑截面的塑性发展，可按边缘纤维屈服准则进行计算。（5）动力荷载作用下，钢梁的加固计算应分别按加固前后两个阶段进行，并应遵守下列规定：稳定计算分别按加固前和加固后的截面取用稳定系数；可不考虑加固折减系数；必要时应对其剩余疲劳寿命进行专门研究和计算。（6）静力荷载作用下，加固后钢梁的稳定计算，可按加固后的截面取用稳定系数，同时应考虑折减系数k。2.2受弯钢梁的加固计算钢梁可通过增补截面面积来提高承载能力，焊接组合梁和型钢梁都可采用在翼缘和腹板上焊接水平板、垂直板和斜板来加固（见图2a～d），也可用型钢加焊在翼缘和腹板上（见图2e、f）；当梁腹板抗剪强度不足时，可在腹板两边加焊钢板补强（见图2j），当梁腹板稳定性不能保证时，往往不采用上述方法，而是设置附加加劲肋方法；用圆钢和圆钢管补增梁截面是考虑施工工艺方便，见图2（k）。《钢结构加固技术规范》[4]规定了各种钢梁加固后计算方法。4图2受弯钢梁的截面加固形式Fig.2Theshapesofsectionsreinfocementforbendinggirders2.2.1在主平面内受弯的实腹加固钢梁的强（1）抗弯强度承受静力荷载的钢梁：yxnxnyMMkfWW（1）承受动力荷载的钢梁：00111100()()yyyxxxnxnxnynyMMMxMMMyfWIWI（2）式中Mx、My--加固后钢梁中绕x轴和y轴的弯矩；Mx1、My1--加固过程中的实际荷载（包括施工荷载）作用下绕x轴和y轴的弯矩；Wnx、Wny--加固后整个钢梁的静截面对x轴和y轴的抵抗矩；Wnx0、Wny0--加固前钢梁原有静截面对x轴和y轴的抵抗矩；Inx、Iny--加固后整个钢梁的静截面对x轴和y轴的惯性矩；x0、y0--加固后整个钢梁截面的形心轴沿x轴和y轴方向距原有钢梁最远边缘的垂直距离。k--加固折减系数，其值取为0.9.(2)抗剪强度承受静力荷载的钢梁：1()vwwVSkfItt（3）承受动力荷载的钢梁：01101()()v（4）5式中V—加固后钢梁所受的剪力；V1—加固过程中实际荷载（包括施工荷载）作用下的剪力；I0、I—加固前和加固后钢梁的毛截面惯性矩；S0、S—加固前和加固后钢梁在计算剪力处以上毛截面对中和轴的面积矩；tw—加固前原有钢梁腹板的厚度；tw1—加固后钢梁腹板增加的厚度；fv—钢材的抗剪强度设计值。（3）局部承压强度当梁上翼缘受到沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算：cwxFftl（5）式中F—集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数；Ψ—集中荷载增多系数，对重级工作制吊车梁取1.35；对其他梁取1.0；lx—集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下式计算：lx=a+2hy（6）式中a—集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车梁可取为50mm；hy--自吊车梁轨道顶或其他顶面至腹板计算高度上边缘的距离。(4)折算应力组合梁的腹板计算高度边缘处，若同时受有较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受有较大的正应力和剪应力，其折算应力应按下式计算：2223ccf（7）式中σ、τ、σc—腹板计算高度边