鋼結(jié)構(gòu)加固是對(duì)可靠性不足或產(chǎn)權(quán)人要求提高可靠度的鋼結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其相關(guān)部分采取增強(qiáng)、局部更換或調(diào)整其內(nèi)力等措施，使其具有現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)權(quán)人所要求的安全性、適用性和耐久性。

1 鋼結(jié)構(gòu)加固流程

加固改造設(shè)計(jì)的基本流程詳見(jiàn)下圖： 

加固前，應(yīng)根據(jù)建(構(gòu))筑物的種類，分別按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50144和《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50292進(jìn)行檢測(cè)或鑒定。當(dāng)與抗震加固結(jié)合進(jìn)行時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行抗震能力鑒定。根據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果出具項(xiàng)目的檢測(cè)鑒定報(bào)告。

結(jié)構(gòu)加固后的使用年限，應(yīng)由產(chǎn)權(quán)人和設(shè)計(jì)單位共同商定。當(dāng)結(jié)構(gòu)的加固材料中使用結(jié)構(gòu)膠粘劑或其他聚合物成分時(shí)，其結(jié)構(gòu)加固后的使用年限宜按30年考慮，如需結(jié)構(gòu)加固后的使用年限為50年時(shí)，其所使用的膠和聚合物的粘結(jié)性能，應(yīng)通過(guò)耐長(zhǎng)期應(yīng)力作用能力的檢驗(yàn)。

鋼結(jié)構(gòu)的加固可分為直接加固與間接加固兩類，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的加固方法及配合使用的技術(shù)。直接加固宜根據(jù)工程的實(shí)際情況選用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和組合加固法。間接加固宜根據(jù)工程的實(shí)際情況采用改變結(jié)構(gòu)體系加固法、預(yù)應(yīng)力加固法。結(jié)構(gòu)加固的連接方法宜采用焊縫連接、摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，亦可采用焊縫與摩擦型高強(qiáng)螺栓的混合連接等。

結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)可采用線彈性分析方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017的 有關(guān)規(guī)定。結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)，應(yīng)與實(shí)際施工方法緊密結(jié)合，采取有效措施，保證新增構(gòu)件及部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，新增截面與原截面結(jié)合牢固，形成整體共同工作，并不應(yīng)對(duì)未加固部分，以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和地基基礎(chǔ)造成不利的影響。

2 鋼結(jié)構(gòu)加固材料

（1）原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件材料的材料強(qiáng)度

當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定認(rèn)為原設(shè)計(jì)文件有效，且未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接的性能有明顯退化時(shí)，可采用原設(shè)計(jì)值。當(dāng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定認(rèn)為應(yīng)重新進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用檢測(cè)結(jié)果推定的屈服強(qiáng)度或條件屈服點(diǎn)進(jìn)行確定，當(dāng)按現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的屈服強(qiáng)度推定值fy確定時(shí)，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f應(yīng)取fy與γR的比值，抗力分項(xiàng)系數(shù)γR應(yīng)取為1.2。

受有氣相腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)原構(gòu)件，當(dāng)其截面面積損失大于25%或其板件剩余厚度小于5mm時(shí)，其驗(yàn)算時(shí)的鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，尚應(yīng)根據(jù)腐蝕等級(jí)乘以0.8~1.0強(qiáng)度降低系數(shù)。

（2）加固用鋼材及焊接材料

加固件的鋼號(hào)應(yīng)與原構(gòu)件的鋼號(hào)相同或相當(dāng)，韌性、塑性及焊接性能應(yīng)能與原構(gòu)件鋼材相匹配。結(jié)構(gòu)加固用鋼筋的品種宜選用HRB400級(jí)或HPB300級(jí)鋼筋，其質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)。結(jié)構(gòu)加固用焊接材料的質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（3）結(jié)構(gòu)膠粘劑

鋼結(jié)構(gòu)加固用的結(jié)構(gòu)膠粘劑，應(yīng)采用以鋼為基材的結(jié)構(gòu)膠，嚴(yán)禁采用以不飽和聚醋或醇酸樹(shù)脂為主成分的膠粘劑。當(dāng)使用環(huán)境為常溫時(shí)，應(yīng)采用I類AAA級(jí)或AA級(jí)常溫結(jié)構(gòu)膠; 當(dāng)使用環(huán)境有高溫時(shí)，應(yīng)采用II類或III類耐溫結(jié)構(gòu)膠。

3常用加固方法

（1）  增大截面法

增大截面法加固可采用焊接連接、螺栓連接、鉚釘連接和粘貼鋼板等方式。負(fù)荷狀態(tài)下，鋼構(gòu)件的焊接加固，應(yīng)根據(jù)原構(gòu)件的使用條件，校核其最大名義應(yīng)力σ0max不得超過(guò)應(yīng)力比限值規(guī)定，否則應(yīng)采用其他增大截面的方法進(jìn)行加固。

加固后構(gòu)件需滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全性、適用性及耐久性。以受彎構(gòu)件為例，平面內(nèi)受彎的加固構(gòu)件，抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足以下公式：

其中f為鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa)，取截面中最低強(qiáng)度級(jí)別鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

ηm為彎構(gòu)件加固強(qiáng)度修正系數(shù)，對(duì)雙側(cè)加固按下表取值，對(duì)單側(cè)加固按下表0.9倍取值。

主平面內(nèi)受彎的加固構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017的規(guī)定，穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)按加固后截面計(jì)算，但驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)將鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f 改取為鋼材換算強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f’，并應(yīng)乘以強(qiáng)度折減系數(shù)ηm。

鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件加固后的總撓度不應(yīng)超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50017規(guī)定的限值。加固后受彎構(gòu)件的總撓度ωT應(yīng)包括加固前負(fù)荷下的初始撓度ω0，焊接時(shí)因加熱、固化引起的焊接殘余撓度ωw及焊后新增荷載下的撓度增量Δω。

（2）  粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法可用于鋼結(jié)構(gòu)受彎、受拉、受剪實(shí)腹式構(gòu)件的加固以及受壓構(gòu)件的加固。用本方法加固的鋼結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃；處于高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等特殊環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)采用本方法加固時(shí)，除應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采取相應(yīng)的防護(hù)措施外，尚應(yīng)采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑，并應(yīng)按專門的工藝要求進(jìn)行粘貼。

受彎構(gòu)件采用粘鋼加固后，其受彎承載力以及受剪承載力的提高幅度，均不應(yīng)超過(guò)30%。

受彎承載力的加固計(jì)算，應(yīng)考慮不能卸載的荷載引起的原構(gòu)件應(yīng)力σ0的影響，并引人針對(duì)不同使用條件類別構(gòu)件的強(qiáng)度修正系數(shù)ηm，其計(jì)算公式如下：

受彎構(gòu)件的腹板上粘鋼進(jìn)行受剪加固時(shí)，對(duì)于承受靜力荷載的構(gòu)件應(yīng)符合下列規(guī)定：

其中fv為計(jì)算部位原鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，ηv受彎構(gòu)件腹板粘鋼加固強(qiáng)度修正系數(shù)，對(duì)于I、II類結(jié)構(gòu)取為0.80，對(duì)其他類結(jié)構(gòu)取為0.85。

對(duì)受彎構(gòu)件正彎矩區(qū)的正截面加固，其受拉面沿軸向粘貼的鋼板的截?cái)辔恢茫瑧?yīng)從其強(qiáng)度充分利用的截面算起，且粘貼延伸長(zhǎng)度的取值應(yīng)符合下式規(guī)定:

4結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)所面臨的不確定因素遠(yuǎn)比新建工程多而復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)專家鑒定結(jié)論、相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)主要求綜合考量。

參考文獻(xiàn)：

《鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51367-2019，中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版。