鋼結(jié)構(gòu)受壓柱負載下焊接加固設(shè)計方法對比

曹輝

摘 要：在當前的建筑加固工程之中，鋼結(jié)構(gòu)負載下的焊接技術(shù)被廣泛使用，其可以在不影響原先建筑結(jié)構(gòu)的前提之下完成對結(jié)構(gòu)的加固。當前在這一焊接技術(shù)的使用中，國內(nèi)和國外均無較為標準的使用規(guī)定。因此，本文對我國當前對負載下焊接加固技術(shù)的規(guī)定進行了整理和分析，結(jié)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(yōu)化該技術(shù)的使用。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；負載下；焊接加固技術(shù)；設(shè)計標準；對比分析

引言

近年來，我國開始在鋼結(jié)構(gòu)建筑加固過程中使用負載下焊接加固技術(shù)進行現(xiàn)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(shù)使用中，焊接加固技術(shù)資料和使用標準的缺乏使得技術(shù)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(guī)定，常會造成處理上的失誤，影響技術(shù)發(fā)揮其加固作用。

1 技術(shù)標準對比

鋼結(jié)構(gòu)受壓柱負載下的焊接加固技術(shù)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(shù)是在建筑結(jié)構(gòu)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(nèi)部的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)存在問題就會對技術(shù)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(jié)構(gòu)件的應(yīng)力水平下降，影響其正常的承受力，影響建筑結(jié)構(gòu)類型。第三，負載下焊接加固過程中，焊接熱的存在會使得結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力出現(xiàn)變化，進而影響建筑結(jié)構(gòu)件的承載力。

由于負載下焊接加固技術(shù)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(xiàn)威脅技術(shù)人員和建筑住戶的生命安全，國家管理部門應(yīng)當針對焊接加固技術(shù)的使用制定嚴格的使用標準。在技術(shù)標準的制定過程中，首先，技術(shù)人員需要對使用負載下加固焊接技術(shù)的場合、焊接中的影響以及加固后結(jié)構(gòu)件的承載力等進行規(guī)定。當前我國針對焊接加固技術(shù)的技術(shù)標準都針對焊接中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、技術(shù)系數(shù)、加固折減系數(shù)等來對技術(shù)使用進行了規(guī)定，下文對這些技術(shù)參數(shù)進行了介紹。

1.1 原有構(gòu)件中的應(yīng)力限值

一般在負載下焊接加固技術(shù)的使用中，規(guī)定當原有建筑的構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)需要在滿足一定限值條件之下才能應(yīng)用該技術(shù)進行結(jié)構(gòu)加固。這一數(shù)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(shù)的使用范圍、使用的安全性和結(jié)構(gòu)加固效果。當前針對焊接加固技術(shù)的應(yīng)力限值規(guī)定一般是根據(jù)國內(nèi)的實驗以及國外的技術(shù)限值來進行綜合性的確定。

1.2 二準則和四參數(shù)

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

在對建筑結(jié)構(gòu)進行焊接加固的過程中，技術(shù)人員要注意部分影響結(jié)構(gòu)件強度的因素。在實際焊接中，影響結(jié)構(gòu)件堅固的因素是焊接后出現(xiàn)的參與應(yīng)力，出現(xiàn)這種情況的主要原因是和構(gòu)件的變形情況有關(guān)。因此，在焊接中，施工人員要研究產(chǎn)生形變的原因，以便于采取合適的應(yīng)對措施減少殘余應(yīng)力的影響。第一，結(jié)構(gòu)件的材料性質(zhì)會造成焊接變形，不同種類的金屬交互材料在焊接中產(chǎn)生變形的溫度點不同，金屬的膨脹系數(shù)越大在焊接中產(chǎn)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(jié)構(gòu)件的變形，因此，焊接人員應(yīng)當根據(jù)金屬的性質(zhì)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(chǎn)生塑性形變區(qū)域的大小，進而影響建筑材料產(chǎn)生收縮變形的嚴重程度。在焊接過程之中增大焊接區(qū)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(qū)域的面積，增加殘余應(yīng)力的產(chǎn)生量，對結(jié)構(gòu)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(zhì)量，在實際施工之中，技術(shù)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(jié)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(zhì)量，因此，在施工結(jié)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(cè)不小于20mm的部位，施工人員可以使用銼刀將接縫兩側(cè)的雜物去除之后進行打磨，避免在施工之中由于結(jié)構(gòu)不平整而造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象，影響焊接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強度。

2 設(shè)計對比分析

2.1 穩(wěn)定性計算

計算之后可知，CECS77∶96和YB9257-96計算結(jié)果的差異來自應(yīng)力比影響和穩(wěn)定系數(shù)取值的不同。對于加固后實際屬于c類截面時，應(yīng)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(jié)果比YB9257-96計算結(jié)果低。且應(yīng)力比越高，CECS77∶96計算結(jié)果均比YB9257-96越低。存在加固后CECS77∶96計算結(jié)果比未加固時GB50017-2003計算結(jié)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(wěn)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(yīng)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(xiàn)這種情況。

2.2 工程設(shè)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(wěn)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(wěn)定承載力甚至低于未加固時計算承載力的不合理現(xiàn)象，有待進一步研究改進。本文提出加固聯(lián)合系數(shù)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(wěn)定承載力是否可能低于按照GB50017-2003的未加固時計算結(jié)果。標準相關(guān)限值和參數(shù)取定尚缺乏研究基礎(chǔ)，系數(shù)取值科學性和規(guī)范總體可靠度均有待進一步試驗和分析的檢驗。

3 結(jié)束語

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

參考文獻

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