鋼結構加固技術應用

作者：jinyijiagu  來源：本站  發表時間：2020-7-13 20:19:44  點擊：1221

隨著社會的發展，現階段我國關于鋼結構震害的基本知識與研究遠遠不夠，針對鋼結構震損加固的方法也更為欠缺，且鋼結構的加固修復還需要考慮鋼結構往復荷載作用后的影響。因此，全面的分析抗震受損破壞類型，并針對破壞類型給出合理的加固修復方法至為重要。

關鍵詞：鋼結構；震損加固；往復荷載作用

鋼結構是一種輕質高強、彈塑性好，抗震性能以及抗沖擊性能均較好的結構形式，常用于大跨度建筑物如劇院、體育館等，且越來越廣泛地應用在高層建筑中。然而，鋼結構建筑在我國起步較晚，國內鋼結構震害案例較少，且欠缺相應的加固準則；因此，如何制定合理、高效的加固方案尤為重要。

1.地震作用下鋼結構常見破壞形式

地震作用有明顯的隨機性，導致結構損壞程度及部位具有不確定性。鋼結構建筑的震損主要歸結于以下幾個方面：構件損壞、節點處破壞、結構變形過大以及結構整體失穩。

1.1外露式鋼柱腳破壞

幾種常見的鋼柱腳中，外露式柱腳的抗震性能最弱。外加的傾覆力矩往往導致柱腳處混凝土的拉壓破壞、錨栓拔出等損壞。

1.2梁柱連接節點破壞

目前，節點部位被普遍認為是抗震設計的薄弱環節。國外已有大量的梁柱剛性節點破壞的案例。例如，日本阪神地震中外伸橫隔板的箱形柱與焊接H型鋼梁

圖1柱腳混凝土崩裂圖2梁柱連接節點破壞

連接節點由于剛度較大而存在較大彎矩，端部焊縫沖擊韌性較低，且現場施焊存在缺陷，最終導致節點連接處的強度不足。

1.3鋼柱脆性斷裂

曾有一鋼框架結構中出現大量鋼柱斷裂，且破壞集中出現在一定區域內，受損的程度不一，但均為脆性受拉斷裂。這主要與地震的高速往復荷載有關。

1.4柱間支撐以及連接部位破壞

支撐與節點板連接的破壞和支撐與柱之間的破壞是較為常見的，形態主要為整體失穩或局部失穩。支撐體系用于提高結構的抗側剛度，主要承擔地震水平力；但在往復荷載作用下，容易發生整體失穩，進入塑性屈服狀態。螺栓連接支撐還可能出現節點板端部剪切破壞、螺栓孔間剪切破壞和構件削弱處斷裂等。

圖3鋼柱脆性斷裂圖4斜撐桿件屈曲

1.5大跨度鋼結構破壞

大跨度的鋼結構最常見的一種破壞是構件局部失穩。這是由于構件的寬厚比、高厚比過大導致構件局部發生屈曲；在往復荷載作用下，進而引發低循環疲勞和構件斷裂。因此，嚴格控制構件的截面尺寸是關鍵。屋蓋支座螺栓的破壞、網架結構周邊支撐銜接的桿件破壞等也較為普遍，例如，高低多跨的網架結構的高低跨交界處易發生破壞。這由于支座兩端的形式存在力學性能的差異：低跨的支撐結構相對較強，而高跨部分的支撐較弱。

1.6結構倒塌和層間破壞

墨西哥地震中，某一綜合大樓局部倒塌，其余樓層也遭受在不同程度的損壞；主要原因是偏位設置了縱橫向垂直支撐，引起結構的整體剛度中心與質量中心相距過大，存在了較大的扭轉效應。

2.鋼結構震損加固設計的原則

依據相關的震害分析與研究，鋼結構震損加固的設計原則宜合符：

①加固措施優先加強結構整體抗震性能。并針對具體損傷部位，進行區段、構件或整體的加固。

②在加固布置新增構件時，需消除、減少局部加強導致結構整體剛度或強度的突變等不利因素。

③加固措施中新增構件需保證與原有構件之間有可靠連接；新增豎向構件（柱、抗震墻）應保證有可靠的基礎。

④加固所用的材料與原結構的材料一致時，其強度的等級不應低于原結構材料的等級要求；其余的力學性能應根據需求進行確定。

⑤對不規則的建筑，加固布置應盡可能使結構質量和剛度分布對稱均勻。

⑥對局部存在薄弱、易損部位和結構連接部位，應加強局部設計措施。

3.鋼結構的加固方法

3.1柱腳加固

擰緊松弛的地腳螺栓，剔除已崩裂的混凝土；采用鋼柱底部增設鋼筋混凝土圍套的方法植筋將新混凝土部分與基礎連接。

3.2斜撐加固

截面的尺寸小、長細大的斜撐，在變形不大時，可直接采用增大截面法加固；若變形較大，可更換斜撐等構件。同理，受彎桿件和受壓桿件也可通過增大截面來提高抗震承載力。

3.3格構柱加固

格構柱加固方法：主要通過更換壓曲桿件和連接部位斷裂的構件；當柱頭和柱腳桿件壓曲時，應直接貼焊整塊鋼板進行修補；另可在鋼框架結構的一定部位增設耗能減震裝置，增加原結構的抗震保障措施。

4.小結

本文分析了幾種常見破壞，提出了鋼結構震損的加固原則。鋼結構加固應根據實際情況制定合理的方案；最后，文中總結了幾種常用的加固方法作為參考。