鋼結構局部加固節點詳解(一)

添加時間:2021-11-20打印本文


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        經鑒定需要加固的鋼結構,根據損害范圍一般分為局部加固和全面加固。

       局部加固是對某承載能力不足的桿件或連接節點處進行加固,有增加桿件截面法、減小桿件自由長度法和連接節點加固法。本期我們主要介紹較為常用的連接節點加固法。

       加固中的連接問題一般有兩種情況:原有連接因承載力不足而進行的加固(即連接的加固,包括節點的加固)、加固件與原有構件的連接。

       連接的加固和加固件的連接方法應根據加固的原因、目的、受力狀態、構造和施工條件,并考慮原有結構的連接方法而確定??刹捎勉T接、焊接、高強度螺栓連接和焊接與高強度螺栓混合連接的方法,鉚接連接的剛度最?。ㄆ胀菟ㄟB接除外),焊接連接剛度大整體性好,高強螺栓連接介于兩者之間。加固連接方式選用必須滿足既不破壞原結構功能,又能參與工作的要求。目前鉚接由于施工繁雜已漸淘汰,焊接因不需要鉆孔等工序往往被優先考慮選用,但焊接對鋼材材性要求最高,在原結構資料不全、材性不明情況下,用焊接加固必須取材樣復驗,以保證可焊性。

01 加固原則

(1)鋼結構加固連接方法,即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇, 應根據結構需要加固的原因、目的、受力狀態、構造及施工條件,并考慮結構原有的連接方法確定。

(2)在同一受力部位連接的加固中,不宜采用剛度相差較大的,如焊縫與鉚釘或普通螺栓共同受力的混合連接方法,但僅考慮其中剛度較大的連接(如焊縫)承受全部作用力時除外。如有根據,可采用焊縫和摩擦型高強螺栓共同受力的混合連接。

(3)加固連接所用材料應與結構鋼材和原有連接材料的性質匹配,其技術指標和強度設計值應符合《鋼結構設計規范》的規定。

(4)負荷下連接的加固,尤其是采用端焊縫或螺栓的加固而需要拆除原有連接,和擴大、增加釘孔時,必須采取合理的施工工藝和安全措施,并作核算以保證結構(包括連接)在加固負荷下具有足夠的承載力。

02 縫缺陷的修復

      對于連接焊縫的缺陷應根據情況選用不同的修補措施。對于焊縫成形不良,可以采用下列修補措施:用車削、打磨、鏟或碳弧氣刨等方法清除多余的焊縫金屬或部分母材,清除后所存留的焊縫金屬或母材不應有割痕或咬邊。清除焊縫不合格部分時,不得過分損傷母材;修補焊接前,應先將待焊接區域清理干凈;修補焊接時所用的焊條直徑要略小,一般不宜大于4mm; 選擇合適的焊接規范。

       當焊縫中或焊縫的熱影響區有裂紋時,必須及時修補。承受靜態荷載的實腹梁,若實腹梁與翼緣的連接焊縫有裂紋時,可沿焊接裂紋界限各向焊縫兩端延長50mm。將焊縫金屬或部分母材用碳弧氣刨等刨去,然后選擇正確的焊接規范、焊接材料,并采取預熱、控制層間溫度和后熱等工藝措施進行補焊。另外,也可采用補焊短斜板的方法進行加固。斜板的長度應超出裂紋范圍以外,超出的距離應不小于斜板的寬度。此時焊縫的裂紋可不清除,但應在裂紋兩端鉆止裂孔,以防裂紋進一步擴展。

      修補夾渣缺陷時,一般應用碳弧氣刨將其有缺陷的焊縫金屬除去,重新補焊。對于焊瘤的修補一般是用打磨的方法將其打磨光滑。超過規定的氣孔,必須刨去后重新補焊。超過標準的未焊透缺陷應消除,消除方法一般采用碳弧氣刨刨去有缺陷的焊縫,用手工焊進行補焊。對于承受靜荷載的結構,經過使用后,若焊縫的這些缺陷并不導致嚴重的損壞,也可不予修理。

03 焊縫連接的加固

      采用焊縫進行加固一般適用于下列情況:一是原結構使用焊縫連接,或原結構雖不是焊縫連接,但加固處允許采用焊縫連接。二是使用焊接施工較方便時。焊縫加固應首先考慮增加焊縫長度來實現,其次考慮增加焊腳尺寸,或者同時增加焊縫長度和焊腳尺寸,或增加獨立的新焊縫。

      腹桿只用側焊縫連接于節點板時,可以加設端焊縫。如果加設端焊縫還不夠,則可以加高原有焊縫(增加焊腳尺寸)。但加高焊腳只能在一定限度范圍內,角鋼肢尖 焊縫最多不得超過角鋼厚度,角鋼肢背焊縫最多不得超過角鋼厚度的1.2倍,當增大焊腳尺寸有困難時,可以像那樣在加大節點板的基礎上再加長焊縫。焊接桿件加長角焊縫還可以借助于短斜板,這種做法比加大節點板要簡單得多。

  新增加固角焊縫的長度和焊腳尺寸或熔焊層的厚度,應由連接處結構加固前后設計受力改變的差值,并考慮原有連接實際可能的承載力計算確定。計算時應對焊縫的受力重新進行分析并考慮加固前后的焊縫的共同工作、受力狀態的改變。

      焊接連接可以在卸荷狀態下或負荷狀態下用電焊進行。在完全卸荷狀態下加固時,焊縫的強度計算和設計時相同,可按現行《鋼結構設計規范》進行計算。

負荷下用焊縫加固結構時,應盡量避免采用長度垂直于受力方向的橫向焊縫,否則應采取專門的技術措施和施焊工藝,以確保結構施工時的安全。

       負荷下用增加非橫向焊縫長度的辦法加固焊縫連接時,原有焊縫中的應力不得超過該焊縫的強度設計值,加固處及其鄰區段結構的最大初始名義應力對于僅承受靜力荷載或間接動力荷載作用的結構不得超過0.55fy。對于直接承受動力荷載或振動荷載的結構不得超過0.4fy。焊縫施焊時采用的焊條直徑不宜大于4mm,焊接電流不超過220A,每焊道的焊腳尺寸不大于4mm,如計算高度超過4mm,宜逐次分層施焊;前一焊道溫度冷卻至100°C以下后,方可施焊下一焊道。對于長度小于200mm的焊縫增加長度時,首焊道應從原焊縫端點以外至少20mm處開始補焊,加固前后焊縫可考慮共同受力。


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