卡本钢结构加固方案|连接节点加固法详解

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经过鉴定得出需要进行加固处理的钢结构, 依据损害的范围通常被划分成局部加固以及全面加固这两种情况。上一期的时候我们介绍了钢结构的全面加固, 其中包括改变结构计算图形的加固方法、加大构件截面加固法的详细解析, 点击链接能够跳转阅读。

对某承载能力欠缺的杆件地方给予加固叫局部加固, 或是在连接节点之处开展加固, 存在增加杆件截面的方法, 亦或者减小杆件自由长度的办法, 还有连接节点加固的方式。在本期当中, 我们着重介绍比较常用的连接节点加固方式。

于加固期间所涉及的连接问题, 通常存在两种情形, 其一为, 因原有连接的承载力未达要求, 进而实施的加固举措, 此加固涵盖了连接的加固部分, 其中又包含节点的加固；其二是, 加固件与原有构件之间的连接。

连接要进行加固, 加固件的连接方法应当依据加固的原因、目的、受力状态、构造以及施工条件, 而且要兼顾原有结构的连接方法来予以确定, 可采用铆接、焊接、高强度螺栓连接以及焊接与高强度螺栓混合连接等方法。铆接连接的刚度是最小的（普通螺栓连接不在此列）, 焊接连接的刚度大且整体性良好, 高强螺栓连接处于两者之间。加固连接方式展开选用的时候，必须要达到那种既不会破坏原结构功能, 又能够参与工作的要求。现今, 铆接鉴于施工繁杂的缘由已逐渐被淘汰, 焊接因无需钻孔等工序常常率先被考虑选用, 不过对接焊接的建材材料性能要求是最为高级的, 在所原有工程的材料来源不清的情况下, 采用焊接进行加固时必须采集材料样本重新审核评定以确保可焊焊接性得以施行。

01、加固原则

（1）钢结构加固连接方法的选择, 也就是焊缝、铆钉、普通螺栓以及高强度螺栓连接方法会如何抉择, 这要依据结构需要加固的缘由、目的, 还有受力的形态、构造以及施工的条件, 并且要考虑结构原本所使用的连接方法来加以确定。

（2）在同一受力部位进行连接加固时, 不宜采用刚度相差比较大的, 像焊缝与铆钉或者普通螺栓共同受力的那种混合连接方法, 不过仅考虑其中刚度较大的连接, 也就是焊缝承受全部作用力的这种情况除外。要是有依据的话了, 能够采用焊缝和摩擦型高强螺栓共同受力的混合连接。

（3）用于加固连接的材料, 要和结构钢材以及原有连接材料的性质相符, 其技术指标，应当符合《钢结构设计规范》的规定, 强度设计值, 同样要符合《钢结构设计规范》的规定。

（4）负荷之下连接要进行加固, 于其中, 特别是那种采用端焊缝或者螺栓来加固, 而此状况下有需要拆除原来存在的连接的情形, 还有再就是把钉孔进行扩大、加以增加的时候, 一定得采取具备合理性的施工工艺以及安全方面的措施, 并且要开展核算, 这么做的目的是确保结构（包含连接）在加固之后所承受的负荷之下能够拥有充足的承载力。

02、焊缝缺陷的修复

对于连接焊缝的缺陷, 要依据不同情况去选用不一样的修补措施。对于焊缝成形不良这种情况, 可以采用下面这些修补措施: 用车削、打磨、铲或者碳弧气刨等办法, 去清除多余的焊缝金属或者部分母材, 清除之后所留存的焊缝金属或者母材, 不应该有割痕或者咬边。在清除焊缝不合格部分的时候, 不能过分损伤母材；修补焊接之前, 要先把待焊接区域清理干净；修补焊接的时候, 所使用的焊条直径要稍微小一些, 一般不太适宜大于4mm；要选择合适的焊接规范。

焊缝之中或焊缝热影响区域存在裂纹之际, 务必要及时予以修补。对于承受静态荷载的实腹梁而言, 要是实腹梁与翼缘的连接焊缝出现裂纹之时, 能够沿着焊接裂纹界限朝着焊缝两端各延长50mm。把焊缝金属或者部分母材借助碳弧气刨等方式刨除掉, 接着筛选出妥当的焊接规范、焊接材料, 并且采取预热、把控层间温度以及后热等工艺举措实施补焊。此外, 还能够运用补焊短斜板的办法进行加固。斜板的长度应当超出裂纹范围, 超出的距离应当不小于斜板的宽度。此刻, 焊缝存在的裂纹可不进行清除操作, 不过, 应当在裂纹的两端钻出止裂孔, 以此防止裂纹朝着进一步的方向扩展。

在修补夹渣缺陷之际, 一般而言会应用碳弧气刨把存有缺陷的焊缝金属去掉, 随后重新开展补焊。对于焊瘤的修补而言, 一般采用的办法是借助打磨将其打磨得光顺。超过规定范围的气孔, 必定要刨去之后重新补焊。超过标准的未焊透缺陷应当得以消除, 消除的方法普遍是采用碳弧气刨刨掉有缺陷的焊缝, 采取手工焊进行补焊。对于承受静荷载的结构, 在经过使用以后, 要是焊缝的这些缺陷并不会致使严重的损坏, 那也可以不予以修理。

03、焊缝连接的加固

采用焊缝进行加固一般适用于下列情况：

其一, 原结构运用的是焊缝连接方式, 其二, 原结构并非采用焊缝连接, 然而加固的地方是允许通过焊缝连接来实现的。

于使用焊接施工较为便利之情形下, 焊缝加固首先应考量通过增添焊缝长度以达成, 其次要考虑加大焊脚尺寸, 抑或是同时增大焊缝长度与焊脚尺寸, 或者添增独立之全新焊缝。其中, （图1）所呈现的乃是节点焊缝加固的一个范例。

腹杆仅通过侧焊缝连接于节点板之际, 能够加设端焊缝（参照图1a）。要是加设端焊缝仍达不到要求, 那就可以加高原本的焊缝（增大焊脚尺寸）。然而加高焊脚仅能在一定的范围里进行, 角钢肢尖的焊缝最多不可以超过角钢的厚度, 角钢肢背的焊缝最多不可以超过角钢厚度的1.2倍（见图1b）, 当增大焊脚尺寸存在困难之时, 可以类似(图1c）那般在加大节点板的基础之上再加长焊缝。焊接杆件增大了加长角焊缝, 还能够凭借短斜板, 就像（图2）所呈现的那样那般, 这种举措相较增大节点板而言要格外简便许多了。

新增加的, 用于固定角焊缝的长度, 以及焊脚尺寸, 又或者熔焊层的厚度, 是要由连接处结构加固之前与之后设计受力发生改变的差值, 并且同时考虑原有的连接实际有可能具备的承载力, 通过计算来确定的。在进行计算之时, 需要对焊缝的受力重新开展分析, 而且要考虑加固之前与之后的焊缝能够共同工作的情况。另外, 受力状态所发生的改变也要予以考量。

焊接连接能够于卸荷状态下或者负荷状况下借助电焊来开展, 在完全处于卸荷的情形下实施加固时, 焊缝的强度计算如同开展设计时一样, 能够依照现行的《钢结构设计规范》予以计算, 然而在负荷状态下运用焊缝以实施加固时, 其承载力的运算如下:

在负荷状况下, 针对用焊缝来加固结构这种情况, 应当要尽可能地去避免利用那些长度是垂直于受力方向的横向焊缝, 要是没有避免而采用了的话, 那么就应该要采取专门的技术方面的措施以及施焊工艺, 凭借此来保障结构在进行施工的时候的安全。

负荷之下, 采用增加非横向焊缝长度的方式来加固焊缝连接时, 原有焊缝里的应力不可超过该焊缝的强度设计值, 加固之处以及其相邻区段结构的最大初始名义应力, 针对仅承受静力荷载或者间接动力荷载作用的结构, 不可超过0.55fy, 对于直接承受动力荷载或者振动荷载的结构, 不可超过0.4fy。在焊缝施焊之际, 所采用的焊条直径不适宜大于4mm, 焊接电流不得超过220A, 每一道焊道的焊脚尺寸不大于4mm, 要是计算高度超过4mm, 适宜逐次分层进行施焊；前一道焊道的温度冷却到100°C以下之后, 才能够施焊下一道焊道。对于长度小于200mm的焊缝进行增加长度时, 首道焊应从原来焊缝端点以外至少20mm处开始补焊, 加固前后的焊缝能够考虑共同承受力, 在焊缝加固时, 其承载力的计算同样能够采用如下的方式来进行计算:

04、螺栓和铆钉连接的加固

施焊的时候, 退出去工作的那么一段焊接长度表现看, 对于铆接连接节点而言, 是不太适宜采用焊接进行加固的, 这是因为, 焊接所具有的热能过程, 将会致使附近的铆钉变得松动起来, 其工作性能也跟着恶变衰败；更进一步来讲, 焊接连接本身相比铆接来讲有更大的刚度, 这两者受力的时候是不协调的, 而且常常是被铆接的钢材可焊性比较差, 容易产生微小的裂纹。铆接那个连接情况, 仍然能够使用铆钉连接这种方式来进行加固, 或者去更换铆钉, 然而, 铆接施工是相当繁琐复杂的, 并且也会使得相邻完好的铆钉受力性能变弱（毕竟新加进去的铆钉紧压程度实在是太强了, 进而影响到邻近那些完好的铆钉）, 这种削弱之后造成的结果, 有可能不得不把原来的铆钉全部给替换掉。加固铆接连接的最佳方式是运用高强螺栓, 高强螺栓能简化施工, 高强螺栓的工作性能相较于铆钉要可靠许多, 高强螺栓还能够提升连接刚度以及疲劳强度。

一旦采用摩擦型高强度螺栓部分替换结构连接的铆钉, 进而形成高强度螺栓与铆钉的混合连接, 就得考量原有铆钉连接的受力情形, 为了确保连接受力呈匀称态势, 最好把缺损铆钉以及跟其相对应布置的非缺损铆钉一同予以替换。当经历摩擦型高强度螺栓与铆钉的混合连接时, 其承载力是按照共同工作来予以考量的。

当原有螺栓出现了松动、损害失去效力或者连接强度不够需要进行更换或者新增的时候, 应该首先去考虑采用相同直径的高强度螺栓来连接。其次, 要是钢材的可焊性能够满足要求, 也能够采用焊接的方式。对于直接承受动力荷载的结构而言, 高强度螺栓必须要采用摩擦型螺栓。

当使用高强度螺栓去把有缺陷的螺栓或者铆钉进行更换之时, 能够选用那种直径相较于原钻孔更小1到3mm的高强度螺栓, 要是承载力未曾满足要求, 在满足强度以及构造要求的前提条件之下, 可以将螺栓孔径予以扩大, 并采用使螺栓直径提高一级的做法。

做进行结构加固这件事处于负荷状况下时, 要是遇到需要拆除结构原本有的螺栓、铆钉这种情况, 或者是有增加、扩大钉孔这种需求时, 除开要针对结构原有的构件以及加固件的承载力展开设计计算之外, 还必然必须一定要去校核板件的净截面的强度。

选用焊接连接来加固普通螺栓或者铆钉连接, 不把两种连接一同工作予以考虑, 要按照焊接承受全部作用力来开展核算, 不过不适合拆除原来有的连接件。

当采用焊缝跟高强度螺栓混合连接这种方式的时候, 新加焊缝所具备的承载力跟原有高强度螺栓的承载力二者之间的比值, 适宜大于或者等于0.5。连接所产生的内力能够由高强度螺栓以及焊缝一同来承担。其承载力可以按照列出来的下列公式进行计算, 并且选取其中较小的那个值。

05、加固件的连接

那种为了加固结构而增设的板件, 也就是加固件, 它不但得有足够的设计承载力, 还得有足够的刚度, 除此之外, 它还必须要和被加固结构有可靠的连接, 以此来保证二者能够实现良好地共同工作。

加固件跟被加固结构的连接, 要依据设计受力需求, 经过计算, 还要兼顾构造以及施工条件来确定。对于轴心受力构件, 能够按照下式计算；对于受弯构件, 应该随可能出现的最大设计剪力来计算；对于压弯构件, 可以依照以上两者里的较大数值计算。

当仅采用增设中间支承构件（点）来实现减少受压构件自由长度进行加固时之处, 支承杆件（点）跟加固件间连接受力状况, 能够依照下式予以计算, 当中At选取原构件的截面面积。加固件的焊缝、螺栓、铆钉等连接的计算能够依据《钢结构设计规范》规定施行。不过在计算的期间, 对角焊缝强度设计值应当乘以0.85 , 其他强度设计值或承载力设计值就应当乘以0.95的折减系数。比如单角钢单面连接中, 角焊缝强度设计值便要乘以0.85×0.85=0.72的系数。

06、构造与施工要求

（1）焊缝连接进行加固之际, 新增的焊缝要尽可能布置在应力集中最小之处且远离原构件的变截面, 还有缺口、加劲肋的截面处；要力求让焊缝对称于作用力而且要避免使其交叉；新增的对接焊缝跟原构件加劲肋、角焊缝、变截面等之间的距离不适合少于100mm；各焊缝之间的距离应不小于被加固板件的厚度的4.5倍。此外, 还要严格保证焊缝的布置位置合理, 对称状况良好, 避免交叉, 以及把控好与其他结构部件的距离关系, 以确保加固效果的可靠性和稳定性。

（2）在对采用双角钢与节点板角焊缝连接进行加固焊接时, 也就是如图3这种情况时先从一角钢一端的肢尖端头1起始进行施焊, 接着去施焊同一角钢另 一端2的肢尖焊缝, 之后再依照上述顺序以及方法去施焊角钢的肢背焊缝3、4, 还有另一角钢的焊缝5、6、7、8。

（3）当运用盖板对承受动力荷载作用的构件予以加固时, 盖板的端部需要采用构造方式实施平缓过渡, 要极端地降低应力集中现象以及焊接残余应力。

（4）用于摩擦型高强度螺栓连接的板件连接接触面处理, 要依据设计需求采用《钢结构设计规》以及《钢结构工程施工质量验收规范》的规定来开展, 要是无法满足相应要求, 那就得获得设计人的准许, 进而开展摩擦面的抗滑移系数试验。

（5）结构进行焊接加固, 得由具备有效高焊接技术级别的焊工来施焊, 施焊镇静钢板的厚度, 如果其不大于30mm的话, 那么环境空气温度不应该低于15°C , 当施焊的镇静钢板厚度超过30mm时, 温度不能低于0°C , 要是施焊沸腾钢板, 温度应高于5°C。

钢结构以及其构件的加固属于一项极为繁杂的工程, 加固之时需要考虑的问题相当多, 钢结构的加固方法应当从便利施工、经济合理以及加固效果等多个方面予以综合考量。