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钢结构加固,全新的解决思路是否可取?

工程中的钢结构不可避免地存在各种缺陷和损伤。在荷载和环境等因素的作用下,材料发生变化,引起宏观力学性能的劣化,导致钢结构工程事故。为确保结构安全工作,延长使用寿命就必须对损伤构件进行更换或加固,更换这些构件将造成极大的浪费,而且会影响结构的正常使用。


同时,结构损伤具有局部性和多发性特点,这些结构不可能在出现损伤时就立即退役。因此,寻求经济高效的钢结构加固技术既是土木工程领域亟待解决的技术问题,又是一个关系到社会可持续发展的问题。


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造成钢结构损害的因素有很多,但当我们了解到了主要因素后找到对应的加固技术措施,问题实际也很好进行解决的。


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钢结构损害的主要因素有:


1)由荷载变化,超期服役,规范和规程改变导致结构承载力不足;

2)构件由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等,致使构件截面削弱,杆件翘曲,连接开裂等;

3)温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲;

4)由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱;

5)其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。


钢结构的加固技术措施:


1) 截面补强法:在局部或沿构件全长以钢材补强,连成整体使之共同受力;

2) 改变计算简图:增设附加支承,调整荷载分布情况,降低内力水平,对超静定结构支座进行强迫位移,降低应力峰值;

3) 预应力加固法:利用高强拉锁或碳板加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。


在钢结构加固领域中,预应力加固是一种比较新的加固工法,那么我们就以预应力碳板为例分析一下预应力加固的优点和难点。


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预应力加固的优点:


1)加固工作可在不卸载、不停产的条件下进行;

2)施加预应力可直接减小变形,迅速消除超逾应力和内力峰值;

3)与非预应力方式相比,可消除应力滞后现象,充分利用碳纤维高强特性,提高加固效率。

4)结合可靠锚固,可降低粘结界面的剥离应力,避免碳纤维整体剥落,提高加固的可靠性;

5)降低加固费用和使用成本。


预应力加固难点:


1)对已损坏的钢结构,是否可以承受预应力碳板所施加的力;

2)钢结构表面的平整程度决定着施工操作的难易程度;

3)结构胶与钢结构粘接效果的确定。


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预应力碳纤维板加固钢结构除遵守一般钢结构加固的准则与规定外,还应遵循预应力碳板加固的设计与计算原则。


1)进行静力计算时必须首先确定一些与调整应力有关的参数,例如辅助平衡力大小、预应力力度、预应力卸载弯矩值、支座标高的位移值等;

2)要确定调整应力时的合理荷载值或应力水平,换言之,要分析判断加固结构时是否需要全部卸载,或卸载至某一水平;

3)加固件与被加固件皆在材料弹性范围内受力,两者在荷载下同时达到材料的强度设计值;

4)充分发挥材料强度潜力,加固件的预应力度可使被加固件的应力卸载至其反向应力的极值;

5)预应力加固设计中同样应当考虑预应力加载系数、预应力损失系数、工作条件系数、荷载系数等。



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