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钢结构加固详解（1）改变结构计算图形加固方法

改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界 条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法。 改变结构计算图形的加固过程（包括施工过程）中，除应对被加固结构承能力和正常使 用极限状态进行计算外，尚应注意对相关结构构件承载能力和使用功能的影响，考虑在结 构、构件、节点以及支座中的内力重分布，对结构（包括基础）进行必要的补充验算，并采 取切实可行的合理构造措施。 采用改变结构计算图形的加固方法，设计与施工应紧密配合，未经设计允许，不得擅 自修改设计规定的施工方法和程序。 采用调整内力的方法加固结构时，应在加固设计中规定调整内力（应力）或规定位移 （应变）的数值和允许偏差，及其检测位置和检验方法。

改变结构计算图形的一般方法

(1)   增加支撑或辅助构件加固法

①增加支撑，以增加结构的空间刚度，从而使结构可以按空间结构进行验算，挖掘 结构的潜力，如(图1)所示。

②加设支撑增加结构刚度，或调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构 动力特性，如图(图2)所示。

③增设支撑或辅助杆件使构件的长细比减少以提高其稳定性，如图(图3)所示。

④在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其他柱列负荷，如(图4) 所示。

(2)改变构件的弯矩图形加固法

①改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载。

②改变端部支承情况，例如变铰接为刚接，参见(图 5)。

③增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构，参见(图6) 。

④调整连续结构的支座位置，改变连续结构的跨度。

⑤将构件改变为撑杆式结构，如(图7)。

（1）    对桁架可采用下列改变其杆件 内力的方法进行加固 。

①增设撑杆变桁架为撑杆式构架，（如图8）。

②加设预应力拉杆，参见图 （如图9）。

（2）    必要时可采取措施使加固构件与其他构件共同工作或形成组合结构进行加固，例如使钢屋架与天窗架共同工作

如（图10）在钢平台梁上增设剪力键使其与混凝土铺板形成组合结构等。

（3）    施加预应力的加固。

①在结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以 加强结构的刚度，如（图11）。

②对受弯构件施加预应力，如（图12）。

（6）    当框架有主副跨时，可通过改变主、副跨之间的连接来加强其中某一跨，由刚接改为铰接可使主跨得到加强，由铰接改为刚接可使副跨得到加强如（图13）。

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钢结构加固详解（2）加大构件截面加固法

加大构件截面的加固方法涉及面广，施工较为简便，尤其在满足一定前提条件下，还 可在负荷状态下加固，因而是钢结构加固中最常用的方法。

采用加大截面的方法加固钢构件，应考虑构件的受力情况及存在的缺陷，在方便施 工、连接可靠的前提下选取最有效的截面增加形式，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损失的状况。(图1-图4 )，给出了各类受力构件的一些截面加固形，可供设计时参考。

1、计算的一般规定

(1)在完全卸荷的状态下，采用加大截面的方法加固钢结构时，构件的强度和稳定 性，按加固后的截面用与新结构相同的方法依照《转自：规范》 的规定进行计算。

(2)在负荷状态下，采用加大截面的方法加固钢构件时，原结构中的承载力应有不少20%的富余。加固后构件承载力的计算应根据荷载形态分别进行。
对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的构件，一般情况可根据原有构件和加固件之 间的内力重分布的原则，按加固后的截面进行承载力计算。

(3)负荷状态下采用加大截面的方法进行加固时，其加固计算应根据原有构件的受力状态，钢材强度设计值应乘以加固折减系数k 。轴心受力的实腹构件取k=0.8p偏心受力和受弯构件及格构式构件取k=0.9.

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《钢结构加固技术规程》 条件，将被加固构件根据使用条件划分为四类设计工作条件，加固折减系数在不同设计工作条件下取值不同.

(1)   轴心受力构件加固后，应考虑构件截面形心偏移的影响。当形心轴的偏移值小于 截面高度时，在一般情况下可忽略其影响。

(2)   加固后的受弯构件和偏心受力构件，不宜考虑截面的塑性发展，可按边缘纤维屈 服准则进行计算。

(3)   动力荷载作用下，构件的加固计算应分别按加固前后两个阶段进行，并应遵守下 列规定：稳定计算分别按加固前和加固后的截面取用稳定系数；可不考虑加固折减系数； 必要时应对其剩余疲劳寿命进行专门研究和计算。

(4)   静力荷载作用下，加固后构件的稳定计算，可按加固后的截面取用稳定系数，同 时应考虑加固折减系数

2、轴心受力构件的加固计算

轴心受拉或轴心受压构件的原有截面一般是对称的，若其损伤非对称性不大，可采用 对称的加固形式；若其损伤非对称性较大宜采用不改变截面形心位置的加固方式，以减少 附加受力影响。当采用非对称或改变形心位置的加固截面时，应按偏心受力构件（拉弯或 压弯构件）处理。

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3、  构造与施工要求

（1）采用加大截面的方法进行加固，应保证加固构件有合理的传力途径：有保证加固 件与原有构件共同工作的相互连接；对于轴心受力和偏心受力构件，加固件宜与原有构件 的支座（或节点）有可靠的连接。

（2）加固件的布置应适应原有构件的几何形状或已发生的变形情况，以利施工。但也应 尽量不用引起截面形心偏移的形式，难以避免时，应在加固计算中考虑形心轴偏移的影响。

（3）尽量减少加固施工的工作量。不论原有结构是栓接结构还是焊接结构，只要钢材 具有良好的可焊性，应尽可能采用焊接方式补强。

（4）当采用焊接补强时，应尽可能减少焊接工作量及注意合理的焊接顺序，以降低焊 接变形和焊接应力，并竭力避免仰焊。在负荷状态下焊接时，应采用较小的焊接尺寸，并 应首先加固对原有构件影响较小、构件最薄弱和能立即起到加固作用的部位。

（5）加大截面的加固构造不应过多削弱原有构件的承载能力：

采用螺栓或高强度螺栓连接时，在保证加固件能够和原有构件共同工作的前提下，应选用较小直径的螺栓或高强度螺栓，并尽量采用高强度螺栓；

采用焊接连接时，应尽量避免采用与原有构件应力方向垂直的焊缝。如做不到这些， 则应采取专门的技术措施和施焊工艺，以确保结构施工的安全；

轻钢结构中的小角钢和圆钢杆件不宜在负荷状态下进行焊接，必要时应采取适当措 施。圆钢拉杆严禁在负荷状态下用焊接方法加固。

（6）加大截面加固结构构件时，应保证加固件与被加固件能够可靠地共同工作、断面 的不变形和板件的稳定性，并且要可能施工。加固件的切断位置应尽可能减小应力集中并 保证未被加固处截面在设计荷载作用下处于弹性工作阶段。

（7）在负荷下进行结构加固时，其加固工艺应保证被加固件的截面因焊接加热，加 钻、扩孔洞等所引起的削弱影响尽可能的小，为此必须制定详细的加固施工工艺过程和要 求的技术条件，并据此按隐蔽工程进行施工验收。

（8）在负荷下进行结构构件的加固，当构件中的名义应力不小于0.3fy ，且采用焊接 加固件加大截面法加固结构构件时，可将加固件与被加固件沿全长互相压紧；用长20~30mm 的间断（ 300~500mm）焊缝定位焊接后，再由加固件端向内分区段（每段不大于70mm） 。施焊所需要的连接焊缝，依次施焊区段焊缝应间歇对于截面有对称的成对焊缝时，应平行施焊；有多条焊缝时，应交错顺序施焊；对于两面有加固件的截面，应 先施焊受拉侧的加固件，然后施焊受压侧的加固件；对一端为嵌固的受压杆件，应从嵌固 端向另一端施焊，若其为受拉杆，则应从另一端向嵌固端施焊。

当采用螺栓（或铆钉）连接加固加大截面时，加固与被加固板件相互压紧后，应从加固 件端向中间逐次做孔和安装拧紧螺栓（或铆钉），以便尽可能减少加固过程中截面的过大削弱。

(9)加大截面法加固有两个以上构件的静不定结构（框架、连续梁等）时，应首先将全 部加固与被加固构件压紧和点焊定位，然后从受力最大构件依次连续地进行加固连接。

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钢结构加固详解 (3) 连接及节点的加固

加固中的连接问题一般有两种情况：原有连接因承载力不足而进行的加固（即连接的 加固，包括节点的加固）、加固件与原有构件的连接。 连接的加固和加固件的连接方法应根据加固的原因、目的、受力状态、构造和施工条 件，并考虑原有结构的连接方法而确定。可采用铆接、焊接、高强度螺栓连接和焊接与高 强度螺栓混合连接的方法，铆接连接的刚度最小（普通螺栓连接除外），焊接连接刚度大整 体性好，高强螺栓连接介于两者之间。 加固连接方式选用必须满足既不破坏原结构功能，又能参与工作的要求。目前铆接由于 施工繁杂已渐淘汰，焊接因不需要钻孔等工序往往被优先考虑选用，但焊接对钢材材性要求 最高，在原结构资料不全、材性不明情况下，用焊接加固必须取材样复验，以保证可焊性。

1、加固原则

(1)   钢结构加固连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择， 应根据结构需要加固的原因、目的、受力状态、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。

(2)   在同一受力部位连接的加固中，不宜采用刚度相差较大的，如焊缝与铆钉或普通 螺栓共同受力的混合连接方法，但仅考虑其中刚度较大的连接（如焊缝）承受全部作用力时除外。如有根据，可采用焊缝和摩擦型高强螺栓共同受力的混合连接。

(3)   加固连接所用材料应与结构钢材和原有连接材料的性质匹配，其技术指标和强度设计值应符合《转自：规范》的规定。

(4)   负荷下连接的加固，尤其是采用端焊缝或螺栓的加固而需要拆除原有连接，和扩 大、增加钉孔时，必须采取合理的施工工艺和安全措施，并作核算以保证结构（包括连接）在加固负荷下具有足够的承载力。

2、焊缝缺陷的修复

对于连接焊缝的缺陷应根据情况选用不同的修补措施。对于焊缝成形不良，可以采用下列修补措施：用车削、打磨、铲或碳弧气刨等方法清除多余的焊 缝金属或部分母材，清除后所存留的焊缝金属或母材不应有割痕或咬边。清除焊缝不合格 部分时，不得过分损伤母材；修补焊接前，应先将待焊接区域清理干；修补焊接时所用的焊条直径要略小，一般不宜大于4mm; 选择合适的焊接规范。

当焊缝中或焊缝的热影响区有裂纹时，必须及时修补。承受静态荷载的实腹梁，若实 腹梁与翼缘的连接焊缝有裂纹时，可沿焊接裂纹界限各向焊缝两端延长50mm.将焊缝金属或部分母材用碳弧气刨等刨去，然后选择正确的焊接规范、焊接材料，并采取预热、控 制层间温度和后热等工艺措施进行补焊。另外，也可采用补焊短斜板的方法进行加固。斜 板的长度应超出裂纹范围以外，超出的距离应不小于斜板的宽度。此时焊缝的裂纹可不清除，但应在裂纹两端钻止裂孔，以防裂纹进一步扩展。

修补夹渣缺陷时，一般应用碳弧气刨将其有缺陷的焊缝金属除去，重新补焊。对于焊瘤的 修补一般是用打磨的方法将其打磨光顺。 超过规定的气孔，必须刨去后重新补焊。超过标准的未焊透缺陷应消除，消除方法一般采用碳弧气刨刨去有缺陷的焊缝，用手工焊进行补焊。 对于承受静荷载的结构，经过使用后，若焊缝的这些缺陷并不导致严重的损坏，也可不予修理。

3、焊缝连接的加固

采用焊缝进行加固一般适用于下列情况：一是原结构使用焊缝连接，或原结构虽不是 焊缝连接，但加固处允许采用焊缝连接；二是使用焊接施工较方便时。 焊缝加固应首先考虑增加焊缝长度来实现，其次考虑增加焊脚尺寸，或者同时增加焊缝长度和焊脚尺寸，或增加独立的新焊缝。（图1）所示为节点焊缝加固的一个示例。

腹杆只用侧焊缝连接于节点板时，可以加设端焊缝（图1a） 。如果加设端焊缝还不够，则可以加高原有焊缝（增加焊脚尺寸）。但加高焊脚只能在一定限度范围内，角钢肢尖 焊缝最多不得超过角钢厚度，角钢肢背焊缝最多不得超过角钢厚度的1.2倍（图1b） 当增大焊脚尺寸有困难时 可以像(图1c ）那样在加大节点板的基础上再加长焊缝。焊接杆件加长角焊缝还可以借助 于短斜板，如(图2) 所示，这种做法 比加大节点板要简单得多。

新增加固角焊缝的长度和焊脚尺 寸或熔焊层的厚度，应由连接处结构 加固前后设计受力改变的差值，并考 虑原有连接实际可能的承载力计算确 定。计算时应对焊缝的受力重新进行 分析并考虑加固前后的焊缝的共同工作、受力状态的改变。

焊接连接可以在卸荷状态下或负荷状态下用电焊进行。在完全卸荷状态下加固时，焊 缝的强度计算和设计时相同，可按现行《转自：规范》 进行计算。而在负荷状态下用焊缝加固时，其承载力的计算如下：

负荷下用焊缝加固结构时，应尽量避免采用长度垂直于受力方向的横向焊缝，否则应 采取专门的技术措施和施焊工艺，以确保结构施工时的安全。

负荷下用增加非横向焊缝长度的办法加固焊缝连接时，原有焊缝中的应力不得超过该 焊缝的强度设计值，加固处及其邻区段结构的最大初始名义应力对于仅承受静力荷载或间 接动力荷载作用的结构不得超过0.55fy. 对于直接承受动力荷载或振动荷载的结构不得超过0.4fy. 焊缝施焊时采用的焊条直径不宜大于4mm ，焊接电流不超过220A, 每焊道的焊脚尺寸不大于4mm ，如计算高度超过4mm,宜逐次分层施焊；前一焊道温度冷却至100°C 以下后.方可施焊下一焊道。对于长度小于200mm ，的焊缝增加长度时，首焊道应从原焊缝端点以外至少20mm处开始补焊，加固前后焊缝可考虑共同受力，

焊缝加固时，其承载力的计算也可以采用如下的方法进行计算：

4、 螺栓和铆钉连接的加固

施焊时退出工作的焊接长度 表 铆接连接节点不宜采用焊接加固，因焊接的热过程，将使附近铆钉松动、工作性能恶 化；再者焊接连接比铆接刚度大，二者受力不协调，而且往往被铆接钢材可焊性较差，易 产生微裂纹。铆接连接仍可用铆钉连接加固或更换铆钉，但铆接施工繁杂，且会导致相邻 完好铆钉受力性能变弱（因新加铆钉紧压程度太强，影响到邻近完好铆钉），削弱的结果，

可能不得不将原有铆钉全部换掉。铆接连接加固的最好方式是采用高强螺栓，它不仅简化 施工，且高强螺栓工作性能比铆钉可靠得多，还能提高连接刚度和疲劳强度。

当用摩擦型高强度螺栓部分地更换结构连接的铆钉，从而组成高强度螺栓和铆钉的混 合连接时，应考虑原有铆钉连接的受力状况，为保证连接受力的匀称，宜将缺损铆钉和与 其相对应布置的非缺损铆钉一并更换。摩擦型高强度螺栓与铆钉混合连接时，其承载力按 共同工作考虑。

原有螺栓松动、损害失效或连接强度不足需要更换或新增时，应首先考虑采用相同直 径的高强度螺栓连接。其次，如果钢材的可焊性满足要求，也可采用焊接。对于直接承受 动力荷载的结构，高强度螺栓应采用摩擦型螺栓。

用高强度螺栓更换有缺陷的螺栓或铆钉时，可选用直径比原钻孔小1-3mm的高强 度螺栓，承载力不能满足要求时，在满足强度和构造要求的前提下可扩大螺栓孔径，采用 螺栓直径提高一级。

当在负荷下进行结构加固，需拆除结构原有的螺栓、铆钉或增加、扩大钉孔时，除应 设计计算结构原有构件和加固件的承载力外，还必须校核板件的净截面的强度。

采用焊接连接加固普通螺栓或铆钉连接，不考虑两种连接共同工作，应按焊接承受全 部作用力计算，但不宜拆除原有连接件。

采用焊缝与高强度螺栓混合连接时，新加焊缝的承载力与原有高强度螺栓的承载力的 比值宜大于或等于0.5 。连接的内力可由高强度螺栓和焊缝共同承担。其承载力可按下列 公式计算 并取其中的较小值.

 

5、 加固件的连接

为加固结构而增设的板件（加固件），除须有足够的设计承载力和刚度外，还必须与被加固结构有可靠的连接，以保证二者良好地共同工作。

加固件与被加固结构间的连接，应根据设计受力要求经计算并考虑构造和施工条件确定。对于轴心受力构件，可根据下式计算；对于受弯构件，应根据可能的最大设计剪力计算；对于压弯构件，可根据以上两者中的较大值计算。

对于仅用增设中间支承构件（点）来减少受压构件自由长度加固时，支承杆件（点）与加 固件间连接受力，可按下式计算，其中At取原构件的截面面积.

加固件的焊缝、螺栓、铆钉等连接的计算可按《转自：规范》的规定进行。但计算时，对角焊缝强度设计值应乘以应乘以0.85 ，其他强度设计值或承载力设计值 应乘以0.95的折减系数。例如单角钢单面连接，角焊缝强度设计值则乘以0.85×0.85=0.72 的系数。

6、 构造与施工要求

（1）    焊缝连接加固时，新增焊缝应尽可能地布置在应力集中最小、远离原构件的变截面以及缺口、加劲肋的截面处；应该力求使焊缝对称于作用力，并避免使之交叉；新增的对接焊缝与原构件加劲肋、角焊缝、变截面等之间的距离不宜小于100mm;各焊缝之间的距离不应小于被加固板件厚度的4.5倍。

（2）    对用双角钢与节点板角焊缝连接加固焊接时（如图3） ，应先从一角钢一端的肢尖端头1开始施焊，继而施焊同一角钢另一端2的肢尖焊缝，再按上述顺序和方法施焊角钢的肢背焊缝3、4. 以及另一角钢的焊缝5、6、7、8.

（3）    用盖板加固受有动力荷载作用的构件时，盖板端部应采用平缓过渡的构造措施， 尽可能地减少应力集中和焊接残余应力。

（4）    摩擦型高强度螺栓连接的板件连接接触面处理应按设计要求和《转自：规》 及《钢结构工程施工质量验收规范》的规定进行，当不能满足要求时，应征得设计人同意，进行摩擦面的抗滑移系数试验。

（5）    结构的焊接加固，必须由有效高焊接技术级别的焊工施焊。施焊镇静钢板的厚度。不大于30mm时，环境空气温度不应低于15°C. 当厚度超过30mm时，温度不应低于0°C；当施焊沸腾钢板时，应高于5°C。

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