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钢结构加固设计原理

钢结构是一种易于加固的结构。当出现以下情况时,需要进行加固。

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(1)使用条件变化引起的负荷增加;

(2)由于设计或者施工中的不足,致使结构或者部分结构的承载力不能满足要求的;

(3)有时会发生结构损坏事故,需要修理。如果损坏的原因是荷载超过设计值,或材料质量差,或结构处理不当,则修理工作也具有加固性质。

钢结构的配筋设计比新结构复杂得多。这是因为:

(1)结构加固时也承受部分荷载。

(2)施工方案必须与现有构件的具体情况密切配合;

(3)施工条件困难。

(4)尽量缩短工期。

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如果结构被拆除,在地面加固,然后重新安装,有许多方便工作。但是,这种方法使结构长期不能使用,造成巨大的经济损失,应尽量避免。一般的方法是只在永久荷载的情况下对结构进行加固。但是,如果某些构件在永久荷载下的应力超过(0.6-0.8)f,则应移除一些永久荷载。卸载方法包括添加临时支柱或使用其他组件。

钢结构加固的技术措施可分为两类:一类是改变结构的计算简图,调整内力;另一类是加强构件和连接件。

将桁架与柱铰合的单层框架改为与柱刚性连接(图3),可以减小水平荷载作用下柱的最大弯矩,但柱长复杂,需要认真处理。

带天窗框架的桁架加强了天窗框架的一些构件,使其能够与桁架协同工作,提高其承载力。桁架和横梁也可配备中间柱或斜撑,以减小跨度,提高承载力。

采用预应力技术是调整内力的有效途径。(图4)本文所示的桁架和梁均配有由高强度钢制成的预应力索。通过拉伸,可以获得与荷载效应相反的弯矩,从而有效地提高结构的承载力。该方案的缺点是,在使用寿命期内,由于锚头变形和钢丝绳松弛而引起的内力变化不易检查和控制,以弥补这一缺点。

与上面提到的原始掩埋类似,梁的内力也可以通过推动装置进行调整,如图6所示。在两梁的相邻端部设置斜块,并在斜块之间放置扇形轮,通过重物压缩梁的下翼缘。

(1)为使平面结构设计体系在空间中发挥作用,应适当增加一些支撑和隔断。

(2)使检修结构与轴承结构共同工作。

(3)调整连续结构支撑水平。

(4)预拉力作用于柔性构件,如横撑,使其能承受压力。

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对于轴压构件的配筋设计,应注意配筋后截面形心位置与配筋前截面形心位置的一致性,避免偏心。如果偏心不可避免,计算时应考虑其影响。

对于轴向受力构件,在增加截面的同时,最好增大旋转半径。当控制构件的长细比减小时,截面面积可以减小。

钢筋设计中应考虑焊接引起的结构变形。加强件与原构件之间的焊缝应尽量少用,以满足传力的需要。当连接板在3.0mn范围内时,也可考虑不连续焊缝。然而,不连续焊缝的缺点是导致应力集中,这是不连续可能性的一个重要因素。在桁架的加固中,应先焊接下弦杆,以避免残余变形。


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