鋼結構受壓柱負載下焊接加固設計方法對比

曹輝

摘 要：在當前的建筑加固工程之中，鋼結構負載下的焊接技術被廣泛使用，其可以在不影響原先建筑結構的前提之下完成對結構的加固。當前在這一焊接技術的使用中，國內和國外均無較為標準的使用規定。因此，本文對我國當前對負載下焊接加固技術的規定進行了整理和分析，結合實際情況對實際存在的不合理情況進行了分析，希望可以優化該技術的使用。

關鍵詞：鋼結構；負載下；焊接加固技術；設計標準；對比分析

引言

近年來，我國開始在鋼結構建筑加固過程中使用負載下焊接加固技術進行現場加固，有效提升了加固過程的進行效率。但是，在當前的技術使用中，焊接加固技術資料和使用標準的缺乏使得技術的使用存在許多漏洞，例如在將鋼板附于附件上的處理中，由于沒有較為明確的規定，常會造成處理上的失誤，影響技術發揮其加固作用。

1 技術標準對比

鋼結構受壓柱負載下的焊接加固技術在實際使用中存在一些亟待解決的問題。首先，由于負載焊接加固技術是在建筑結構受力情況下進行的，具有較高的危險性。假如在焊接過程中建筑內部的結構應力和應變狀態存在問題就會對技術人員造成安全威脅。第二，負載下加固過程中，焊接行為會造成加固件和原先建筑結構件的應力水平下降，影響其正常的承受力，影響建筑結構類型。第三，負載下焊接加固過程中，焊接熱的存在會使得結構件的應力出現變化，進而影響建筑結構件的承載力。

由于負載下焊接加固技術在使用過程中可能會造成較為嚴重的安全事故，為了避免這種情況的出現威脅技術人員和建筑住戶的生命安全，國家管理部門應當針對焊接加固技術的使用制定嚴格的使用標準。在技術標準的制定過程中，首先，技術人員需要對使用負載下加固焊接技術的場合、焊接中的影響以及加固后結構件的承載力等進行規定。當前我國針對焊接加固技術的技術標準都針對焊接中的結構應力、技術系數、加固折減系數等來對技術使用進行了規定，下文對這些技術參數進行了介紹。

1.1 原有構件中的應力限值

一般在負載下焊接加固技術的使用中，規定當原有建筑的構件應力狀態需要在滿足一定限值條件之下才能應用該技術進行結構加固。這一數值的確定對工程的進行有較大的影響，其直接影響負載下焊接加固技術的使用范圍、使用的安全性和結構加固效果。當前針對焊接加固技術的應力限值規定一般是根據國內的實驗以及國外的技術限值來進行綜合性的確定。

1.2 二準則和四參數

負載下焊接加固過程中，技術人員要保證經過加固之后的建筑結構件之間可以協同工作，提升原先構件所能提升的承載力。首先，在施工計劃設計中，技術人員要使用合適的計算準則，計算中考慮新舊構件的相互受力作用，保證計算結果符合實際施工過程。其次，在負載加固之后，建筑結構的新舊構件共同構成了二次受力結構，即建筑使用過程中新舊構件共同受力，在這個過程中，新構件的應力和變形一般會之后與原先構件的應力和應變，在受力中，新興結構的受力無法達到極限，無法充分發揮提升建筑結構穩定性的作用。因此，在對負載后焊接加固技術進行設計的過程中，應當采取一定的手段來使得新舊構件間出現受力的重新分布，使得兩者可以均勻承受建筑結構的負載。

在對建筑結構進行焊接加固的過程中，技術人員要注意部分影響結構件強度的因素。在實際焊接中，影響結構件堅固的因素是焊接后出現的參與應力，出現這種情況的主要原因是和構件的變形情況有關。因此，在焊接中，施工人員要研究產生形變的原因，以便于采取合適的應對措施減少殘余應力的影響。第一，結構件的材料性質會造成焊接變形，不同種類的金屬交互材料在焊接中產生變形的溫度點不同，金屬的膨脹系數越大在焊接中產生變形的可能性越大，施工人員要多加注意。第二，焊接過程的溫度也會造成結構件的變形，因此，焊接人員應當根據金屬的性質選擇合適的焊接溫度。第三，焊縫的截面積，在焊接過程之中焊縫截面積會影響箱體產生塑性形變區域的大小，進而影響建筑材料產生收縮變形的嚴重程度。在焊接過程之中增大焊接區域的截面積可以增加焊接熱量的輸入，進而增大塑性變形區域的面積，增加殘余應力的產生量，對結構強度造成很大的破壞。因此，在實際焊接過程之中在保證焊接過程正常進行的前提之下可以盡量縮小焊縫的截面積。第四，為了保證焊接工作的完成質量，在實際施工之中，技術人員會使用氧氣炔或是等離子弧焊劑熱加工方式來對焊接坡口進行處理，由于在焊接結束之后坡口會存在油污熔渣等雜物影響焊接接縫的美觀度和質量，因此，在施工結束之后工程人員一般會對這些雜物進行處理。在清理過程之中要注意，對于坡口的處理加工范圍一般是焊接縫兩側不小于20mm的部位，施工人員可以使用銼刀將接縫兩側的雜物去除之后進行打磨，避免在施工之中由于結構不平整而造成的應力集中現象，影響焊接構件的結構強度。

2 設計對比分析

2.1 穩定性計算

計算之后可知，CECS77∶96和YB9257-96計算結果的差異來自應力比影響和穩定系數取值的不同。對于加固后實際屬于c類截面時，應力比等于0.22的CECS77∶96曲線與YB9257-96曲線重合；對于加固后實際屬于a類或b類截面時，在中高長細比范圍，CECS77∶96計算結果比YB9257-96計算結果低。且應力比越高，CECS77∶96計算結果均比YB9257-96越低。存在加固后CECS77∶96計算結果比未加固時GB50017-2003計算結果低的情況，這與實際情況相矛盾。加固后長細比減小帶來的CECS77∶96計算穩定承載力的增加可能仍不能彌補圖中曲線之間的差距，此外，應力比越大，加固比越低，加固前截面類別越高，則在中高長細比范圍越容易出現這種情況。

2.2 工程設計建議

對于實際工程中大量的a類和b類截面的軸壓柱和壓彎柱，其計算穩定承載力按CECS77∶96計算一般比按YB9257-96計算更保守，且局部差異巨大。存在按照CECS77∶96計算的軸壓柱和壓彎柱穩定承載力甚至低于未加固時計算承載力的不合理現象，有待進一步研究改進。本文提出加固聯合系數概念，可簡易近似地識別常見中高長細柱按兩標準計算的軸壓柱穩定承載力是否可能低于按照GB50017-2003的未加固時計算結果。標準相關限值和參數取定尚缺乏研究基礎，系數取值科學性和規范總體可靠度均有待進一步試驗和分析的檢驗。

3 結束語

負載下焊接技術可以在不破壞建筑結構的前提之下對建筑結構進行加固，在加固過程中，若是沒有較為明確的技術標準就可能造成施工安全問題，因此，在未來的發展中，施工人員要嚴格遵守記錄標準，并依照施工經驗不斷進行完善。

參考文獻

[1]廖新軍，王元清，石永久，等.荷載變化引起的門式剛架輕鋼結構廠房加固設計[J].工業建筑，2005，35（2）：93-95.

[2]王德峰，鄒永春，肖逸青.某鋼結構多層廠房加固技術的應用[J].工業建筑，2005，35（S1）：912-913.

[3]蘇慶田，張其林，但澤義，等.寶鋼二號高爐爐體框架的加固設計[J].建筑結構學報，2003，24（5）：31-35.