钢结构加固详解:连接及节点的加固加固中的连接问题一般有两种情况:原有连接因承载力不足而进行的加固(即连接的加固,包括节点的加固)、加固件与原有构件的连接。连接的加固和加固件的连接方法应根据加固的原因、目的、受力状态、构造和施工条件,并考虑原有结构的连接方法而确定。可采用铆接、焊接、高强度螺栓连接和焊接与高强度螺栓混合连接的方法,铆接连接的刚度1小(普通螺栓连接除外),焊接连接刚度大整体性好,高强螺栓连接介于两者之间。加固连接方式选用必须满足既不破1坏原结构功能,又能参与工作的要求。目前铆接由于施工繁杂已渐淘汰,焊接因不需要钻孔等工序往往被优先考虑选用,但焊接对钢材材性要求1高,在原结构资料不全、材性不明情况下,用焊接加固必须取材样复验,以保证可焊性。
加固原则
(1)钢结构加固连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状态、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。
(2)在同一受力部位连接的加固中,不宜采用刚度相差较大的,如焊缝与铆钉或普通螺栓共同受力的混合连接方法,但仅考虑其中刚度较大的连接(如焊缝)承受全部作用力时除外。如有根据,可采用焊缝和摩擦型高强螺栓共同受力的混合连接。
(3)加固连接所用材料应与结构钢材和原有连接材料的性质匹配,其技术指标和强度设计值应符合《钢结构设计规范》的规定。
(4)负荷下连接的加固,尤其是采用端焊缝或螺栓的加固而需要拆除原有连接,和扩大、增加钉孔时,必须采取合理的施工工艺和安全措施,并作核算以保证结构(包括连接)在加固负荷下具有足够的承载力。
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现如今钢结构建筑不断发展,越来越多的钢结构大楼进入我们的生活,但是由于生产、制造、施工、使用环境等因素的影响,在钢结构建筑当中不可避免的存在着各种各样的缺陷和损伤,严重影响结构安全。传统的钢结构加固方法是将钢板焊接、螺栓连接或在损伤部位粘贴钢板等方法。但是,这些方法或多或少都存在较多缺陷:
缺陷:加固所选材料基本都为钢材,在进行加固处理时会给结构带来过多的结构自重,且钢板不易裁剪成加固所需的形状,安装运输等较为困难,在加固完工之后,需对钢材进行防锈处理,以免钢材生锈对结构胶产生不必要的影响,且维护工作量大费用较高。
然而碳纤维材料作为一种新型加固材料,碳纤维材料弹性模量与钢材相近、但强度是钢筋的5倍,同时具有质轻易于成型、抗腐蚀性和耐久性好、抗1疲劳性能好、施工方便等优点,且碳纤维材料拥有的这些优点都能完1美的解决以上几种方法所存在的缺陷,因此在钢结构修复加固中也将会得到广泛应用。
对钢结构受弯构件的修复通常是将碳纤维片材直接粘贴在受拉翼缘底部,受弯构件受力时碳纤维与受拉翼缘共同承受拉力,提高梁的承载力。而对于损伤钢梁,粘贴碳纤维加固修复不仅能恢复其损失的刚度、承载能力和改善其疲劳性能,还能对钢结构形成保护,起到加固和防腐的双重效果。在粘贴碳纤维时,将碳纤维粘贴到损伤部位的表面,使一部分荷载通过胶层传递到碳纤维上,可以降低钢结构损伤部位的名义应力,使裂纹扩展速率降低或制止裂纹的扩展,从而延长结构的使用寿命。研究表明,存在损伤缺陷的钢梁用高弹性模量的碳纤维板加固后,刚度基本能恢复到未损伤情况下钢梁刚度的90%以上,极限承载力的提高随着加固量和损伤大小而不同。
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钢结构加固,即提高钢结构刚度的一些主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。改变结构计算图形改变结构计算图形的加固改造方法是指采用改变荷载分布状况、力的传递路径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固。