建筑钢结构加固技术应用（二）——钢结构加固补强法简介

时间：2022-02-09作者：广东鼎励建筑工程有限公司浏览：293

为了延长钢结构的使用寿命，保证钢结构的安全，避免大浪费，建筑钢结构加固技术应运而生。本文推出了加固系列2"钢结构加固法"参考钢结构工程设计、监理、施工

一、钢结构加固补强法的一般规定

1．简介

钢结构加固连接分为两种情况：一种是原连接件加固，包括节点加固；另一种是加固件与原部件的连接。

根据钢结构加固的原因、应力状态、结构和施工条件，考虑原部件的连接方法，确定连接加固和加固件的连接方法。焊接、铆接、高强度螺栓连接和混合连接可采用较小刚度（普通螺栓连接除外）、焊接刚度大、完整性好、高强度螺栓连接。

2．连接件加固和加固件连接的一般规定

1)钢构件钢筋连接方法的选择应根据结构钢筋的原因、应力状态和施工条件确定，并考虑原结构的连接方法。一般来说，它可以与原结构的连接方法相一致。即当原结构为铆钉连接时，可采用摩擦高强度螺栓连接；当原结构为焊接时，应选择焊接连接，而不是螺栓。

2）在同一受力部位的加固中，不应采用焊缝、铆钉或普通螺栓等刚度差异较大的混合连接方法。在常用的钢结构连接方法中，连接刚度是焊接、摩擦高强度螺栓、铆接和普通螺栓。一般来说，焊缝和高强度螺栓的混合连接应采用刚度较大的连接加固，但在应力简单明确的接头中，焊缝和高强度螺栓度螺栓的混合连接。

3)钢筋连接所用材料应符合原连接材料的性质，其技术指标和强度设计值应符合《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）中*3.3.8条、*3.4.1条、*3.4.*二条的规定。金属焊条等钢筋连接材料应与原结构及其连接材料兼容、协调、一致，相互结合，具有良好的强度、韧性和塑性。

二、钢结构加固法-焊接连接加固法

1)焊缝连接的加固可以通过增加焊缝厚度或长度来实现。

2)新增固角焊缝的长度、焊脚尺寸或焊接层的厚度，应设计连接处结构加固前后力变化的差异，并考虑原连接实际可能的承载力计算。在计算过程中，应重新分析焊缝的应力，并考虑*5条和*6条的规定。

3）在负荷下用焊缝加固结构时，应尽量避免长度垂直于应力方向的水平焊缝，否则应采取特殊的技术措施和焊接工艺，以确保结构施工的安全。应计算焊接前后和焊接连接强度。

4)增加非水平焊缝长度时，原焊缝中的应力不得**过焊缝的强度设计值，钢筋及其邻近段结构的较大初始名称应力σ0,** x钢结构增大截面加固法工程一般规定不得**过*4条的规定。焊缝焊接时使用的焊条直径不得**过4条mm；焊接电流不**过2200A；焊脚尺寸不大于4mm；**个焊道的温度冷却至1000℃下一个焊道只有在下面才能焊接；长度小于200mm当焊缝长度增加时，首焊道应至少从原焊缝端点以外20mm开始补焊，加固前后焊缝可考虑共同应力，按*6条规定计算强度。限制焊条直径、电流强度、焊脚尺寸和焊接时间间隔，避免金属过热，降低焊接残余应力。

三、钢结构加固法-螺栓与铆钉连接加固法

1．一般规定

1）当螺栓或铆钉需要更换或添加新的加固连接时，应首先考虑使用适当直径的高强度螺栓连接。当结构加固在负荷下，需要拆除原应力螺栓、铆钉或增加或增加钉孔时，除设计计算原结构和加固连接件的承载力外，还必须检查板的净截面面积的强度。

2)当结构连接的铆钉部分用摩擦高强度螺栓更换，形成高强度螺栓螺钉与铆钉的混合连接时，应考虑原铆钉连接的应力状态，因为摩擦高强度螺栓的承载力一般只有铆钉连接抗剪承载力的85%，为保证连接力的对称性，应更换缺损铆钉和相应布置的非缺损铆钉。结构性铆钉不受此限制。

3)用高强度螺栓更换有缺陷的铆钉和螺栓时，直径小于原钉孔1～3mm高强度螺栓，但其承载力必须满足钢筋设计和计算的要求，主要针对摩擦高强度螺栓在足够强度下损坏故障和松动铆钉。

4)用摩擦型高强度螺栓加固铆钉连接的混合可考虑两种连接的共同应力，但高强度螺栓的承载力设计值可按照《钢结构设计规范》进行（GB 50017—2003）*7.2.1条至*7.2.计算确定了5条的相关规定。只有在承压设计中，相同直径的高强度螺栓的抗剪设计承载力才能**铆钉连接。此时，必须处理和使用原孔的不均匀性B级或A级螺栓。

5）用焊缝连接加固螺栓或铆钉连接时，由于焊缝连接的刚度远大于铆钉和螺栓连接，因此不能考虑两者共同受力，而应按焊缝承受全部作用力设计计算其连接，不考虑焊缝与原有连接件的共同工作且不宜拆除原有的铆钉和螺栓，已损坏失效者除外。

2．普通紧固件连接施工

(1)工艺流程

如图2-1所示。

2-1 施工工艺流程图

(2)螺栓组装

1)装配要求。

① 平垫圈应放置在螺栓头和螺母下，以增加压力面积。

② 每个螺栓的一端不得垫两个或两个以上的垫圈，也不得用大螺母代替垫圈。螺栓拧紧后，外露丝扣不得小于2扣。

③ 对于设计要求防松动的螺栓和锚固螺栓，应采用带防松装置的螺母(即双螺母)或弹簧垫圈，或采取人工防松措施(如打毛螺栓外露丝扣)。

④ 对于承受动载荷或重要部位的螺栓连接，弹簧垫圈应按设计要求放置，弹簧垫圈必须设置在螺母一侧。

⑤ 工字钢和槽钢应尽量使用斜垫圈，使螺母和螺栓头的支撑面垂直于螺钉。

⑥ 双头螺栓的轴线必须垂直于工件，通常用角尺检查。

⑦ 装配双头螺栓时，首先将螺纹和螺孔的接触面清理干净，然后用手轻轻地把螺母拧到螺纹的终止处，如果遇到拧不进的情况，不能用扳手强行拧紧，以免损坏螺纹。

2)螺母和螺钉的组装。

① 螺母或螺钉与零件的表面应光滑、光滑，应加工，否则*松动或弯曲螺钉。

② 螺母或螺钉与接触面之间应保持清洁，螺孔内的污垢应清洁。

③ 拧紧成组螺母时，必须按一定顺序逐步拧紧（一般三次拧紧），否则零件或螺钉不一致甚至变形。拧紧矩形布置的成组螺母时，必须从中间逐渐对称扩展到两侧，如图2-2所示（a）如图2-2所示，拧紧方形或圆形成组螺母时，必须对称进行（b）与（c）所示。

图2-2 拧紧成组螺母的方法

（a）矩形布局；（b）方形布置；（c）圆形布置

(3)紧固防松

1)紧固轴力。

① 考虑到螺栓力均匀，尽量减少连接器变形对紧固轴力的影响，保证节点连接螺栓的质量。螺栓紧固必须从中心开始，对称拧紧；30号正火钢制成的各种直径螺栓的轴向允许荷载见表2-3。

表2-3 各种直径螺栓的允许荷载

注：对于Q235及45号钢应将表中允许值分别乘以修正系数0.75及1.1。

② *螺栓拧紧质量检验采用锤或扭矩扳手检验，螺栓不得振动和偏移，拧紧真实性用塞尺检查，对接表面高度差（不均匀）不得**过0.5mm，平面上对接配件的差值**过0.5～3mm应将较高的附件高出部分作为1:10的坡度，坡度不得用火焰切割。当高度**过3时mm必须设置与结构钢号相同的钢板制成的垫板，并采用相同的加工方法对垫板两侧进行加工。

2)防松措施。

一般来说，螺纹连接是自锁的，当静载荷和工作温度变化不大时，不会自行松动。但在冲击、振动或变载的作用下，当工作温度变化不大时，可能会松动，影响工作，甚至发生事故。为了确保连接的安全性和可靠性，必须采取有效的防松措施。

常用的防松措施有三类:增加摩擦力、机械防松和不可拆卸。

① 增加摩擦力的防松措施。这种防松措施是为了防止拧紧螺纹因外部载荷变化而失去压力，因此总是有摩擦阻力来防止连接松动。增加摩擦力的防松措施包括安装弹簧垫圈和使用双螺母。

② 机械防松。这种防松措施是利用各种止松部件来防止螺纹部件的相对旋转。机械防松可靠，应用广泛。常用的机械防松措施包括开口销和槽螺母、止回垫圈和圆螺母、止回垫圈和螺母、串联钢丝等。

③ 不可拆卸的防松措施。用点焊、点铆等方法将螺母固定在螺栓或连接件上，或将螺钉固定在连接件上，

3．高强度螺栓连接施工

(1)工艺流程

高强度螺栓连接施工工艺如图2-4所示。

图2-4 高强度螺栓连接施工工艺流程图

(2)摩擦面处理

高强度螺栓的形式和尺寸与普通螺栓基本相同。不同之处在于，安装高强度螺栓时，必须拧紧螺母，使螺栓中的预拉力达到设计的预拉力值。预拉力值约为屈服点的80%从而在构件连接处产生较高的预紧力。为方便安装，孔径大于螺栓杆1～2mm，螺栓杆与孔壁之间视为不接触，这样在外力的作用下，高强度螺栓连接就全靠构件连接处的接触面的摩擦来防止发生滑动并传递内力。

摩擦表面的处理是指在高强度螺栓连接过程中对构件接触表面的钢表面进行处理。构件表面加工后，接触外表面的抗滑系数达到设计要求的额定值，一般为0.45～0.55.施工图中应说明构件接触面在高强度螺栓连接范围内的处理方法。

1）在高强度螺栓连接中，摩擦面的状态对连接接头的抗滑移动承载力有很大影响，因此必须对摩擦面进行处理。常用的处理方法如下：

① 喷砂或喷丸。砂粒径为1.2～1.4mm，喷射时间为1～2min，喷射风压为0.5Pa，表面粗糙度可达45～50μm。

② 喷砂后生锈。喷砂后露天生锈60～90d，表面粗糙度可达55μm，表面应在安装前清除浮锈。

③ 喷砂后涂无机富锌漆处理，目的是为了防锈，一般要求涂层厚度为0.6～0.8μm。

④ 砂轮抛光。粗砂轮沿垂直应力方向抛光，抛光后放在露天生锈，表面粗糙度可达5μm但离散性较大。

⑤ 手动钢丝刷清洗。用钢丝刷清理钢表面的氧化铁皮等污垢，处理方便，但抗滑移系数低，适用于次要结构和构件。

2)按照《钢结构设计规范》，摩擦面的抗滑系数（GB 50017—见表2-5。

表2-5 摩擦面的滑动系数值

3）处理后的摩擦面应在出厂前进行抗滑系数试验，较小值应符合设计要求；出厂时，安装单位应对与构件材料和处理方法相同的试件进行复检。试件摩擦面在运输过程中不得损坏。

4)处理好的摩擦面不得有飞边、毛刺、焊疤或污损。

5)应注意摩擦表面的保护，防止部件运输、装卸、堆放、二次搬运和翻转时连接扳手的变形。安装前，应处理污染的连接表面。

6）处理后的摩擦面放置一段时间后，会产生一层浮锈。钢丝刷去除浮锈后，抗滑移系数会比原来高。一般情况下，表面锈蚀在60天左右达到较大值。因此，从工厂摩擦面处理到现场安装的时间应在60天左右完成。

处理摩擦表面部件时，应采取措施保护摩擦表面，不得涂漆或损坏。工厂必须附有三组相同材料和处理方法的试件，以检查摩擦系数。

高强度螺栓板接触应平整，间隙应按表2进行-6.规定加工。

表2-6 板面接触间隙加工

注：1为垫板；2为磨斜面。

四、钢结构加固法-钢筋连接

1）为加固结构增加的板（加固件）除具有足够的设计承载力和刚度外，还必须与加固结构有可靠的连接，以确保两者的良好共同工作。也就是说，应计算钢筋板，使其具有足够的承载能力和刚度，并与结构有可靠的连接。

2)钢筋件与钢筋结构之间的连接应根据设计应力要求进行计算，并考虑结构和施工条件。轴向应力构件可根据类型(4-33)计算；弯曲构件应根据可能的较大设计剪力计算；弯曲构件可根据上述两者中的较大值计算。

3)根据《钢结构设计规范》计算加固件的焊接、螺栓、铆钉等连接（GB 50017—2003）*7.1.2条至*7.1.5条和*7.2.1条至*7.2.对角焊缝强度设计值乘以0.其他强度设计值或承载力设计值乘以0.95折叠系数。例如，单角钢单向连接角的焊缝强度应乘以0.85×0.85=0.72的系数。


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