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6.1 一般规定
6.1.1 采用焊接连接、螺栓连接、铆钉连接和粘贴钢板的增大截面法加固,应符合本章的规定。
6.1.2 采用增大截面加固钢构件,应考虑原构件受力情况及存在的缺陷和损伤;在施工可行、传力可靠的前提下,可按本标准附录B选取有效的截面增大形式。
6.1.3 采用增大截面法加固钢结构构件时,其构造设计应符合下列规定:
1 加固件应有明确、合理的传力途径;
2 加固件与被加固件应能可靠地共同工作,并采取措施保证截面的不变形和板件的稳定性;
3 对轴心受力、偏心受力构件和非简支受弯构件,其加固件应与原构件支座或节点有可靠的连接和锚固;
4 加固件的布置不宜采用导致截面形心偏移的构造方式;
5 加固件的切断位置,应以最大限度减小应力集中为原则,并应保证未被加固处的截面在设计荷载作用下仍处于弹性工作阶段。
6.1.4 完全卸荷状态下,采用增大截面法加固钢构件的设计、计算可按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定进行,并应符合下列条件:
1 原构件的缺陷和损伤应已得到有效补强;
2 原构件钢材强度设计值应已根据可靠性鉴定报告确定;
3 当采用焊接方法加固时,其新老构件之间的可焊性应已得到确认。
6.1.5 负荷状态下,采用增大截面法加固钢构件的设计、计算应按本标准第6.2节~第6.4节的规定进行。
6.1.6 负荷状态下,钢构件的焊接加固,应根据原构件的使用条件,校核其最大名义应力σ0max是否符合表6.1.6应力比限值的规定。若不符合规定时,不得在负荷状态下进行焊接加固;应改用其他增大截面的方法进行加固。
6.1.7 负荷状态下,采用增大截面法加固钢结构时,其原构件在轴力和弯矩作用下的最大名义应力σ0max可按下式确定:
式中:
N0,M0x,M0y——分别为原构件的轴力(N)和绕x轴和y轴的弯矩设计值(N·mm);
An0,W0nx,W0ny——分别为原构件的净截面面积(m㎡)和对x轴和y轴的净截面抵抗矩(mm³);
αNx,αNy——弯矩增大系数,按本标准第6.1.8条的规定采用。
6.1.8 对拉弯构件,弯矩增大系数αNx,αNy的取值均应为1.0;对其他构件,弯矩增大系数应按下列公式计算确定:
式中:
A0——原构件的毛截面面积(m㎡);
E——钢材的弹性模量(N/m㎡);
λx——原构件的毛截面面积对x轴的长细比;
λy——原构件的毛截面面积对y轴的长细比。
6.1.9 焊接加固后的Ⅰ、Ⅱ类构件,宜对其剩余疲劳寿命进行专门的评估或计算;当处于低温下工作时,尚宜对其低温冷脆风险进行专门评估。
6.1.10 负荷状态下,采用螺栓连接或铆钉连接加固钢结构时,原构件最大名义应力σ0max不应大于0.85fy。
6.1.2 采用增大截面加固钢构件,应考虑原构件受力情况及存在的缺陷和损伤;在施工可行、传力可靠的前提下,可按本标准附录B选取有效的截面增大形式。
6.1.3 采用增大截面法加固钢结构构件时,其构造设计应符合下列规定:
1 加固件应有明确、合理的传力途径;
2 加固件与被加固件应能可靠地共同工作,并采取措施保证截面的不变形和板件的稳定性;
3 对轴心受力、偏心受力构件和非简支受弯构件,其加固件应与原构件支座或节点有可靠的连接和锚固;
4 加固件的布置不宜采用导致截面形心偏移的构造方式;
5 加固件的切断位置,应以最大限度减小应力集中为原则,并应保证未被加固处的截面在设计荷载作用下仍处于弹性工作阶段。
6.1.4 完全卸荷状态下,采用增大截面法加固钢构件的设计、计算可按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定进行,并应符合下列条件:
1 原构件的缺陷和损伤应已得到有效补强;
2 原构件钢材强度设计值应已根据可靠性鉴定报告确定;
3 当采用焊接方法加固时,其新老构件之间的可焊性应已得到确认。
6.1.5 负荷状态下,采用增大截面法加固钢构件的设计、计算应按本标准第6.2节~第6.4节的规定进行。
6.1.6 负荷状态下,钢构件的焊接加固,应根据原构件的使用条件,校核其最大名义应力σ0max是否符合表6.1.6应力比限值的规定。若不符合规定时,不得在负荷状态下进行焊接加固;应改用其他增大截面的方法进行加固。
表6.1.6 焊接加固构件的使用条件及其应力比限值
N0,M0x,M0y——分别为原构件的轴力(N)和绕x轴和y轴的弯矩设计值(N·mm);
An0,W0nx,W0ny——分别为原构件的净截面面积(m㎡)和对x轴和y轴的净截面抵抗矩(mm³);
αNx,αNy——弯矩增大系数,按本标准第6.1.8条的规定采用。
6.1.8 对拉弯构件,弯矩增大系数αNx,αNy的取值均应为1.0;对其他构件,弯矩增大系数应按下列公式计算确定:
式中:
A0——原构件的毛截面面积(m㎡);
E——钢材的弹性模量(N/m㎡);
λx——原构件的毛截面面积对x轴的长细比;
λy——原构件的毛截面面积对y轴的长细比。
6.1.9 焊接加固后的Ⅰ、Ⅱ类构件,宜对其剩余疲劳寿命进行专门的评估或计算;当处于低温下工作时,尚宜对其低温冷脆风险进行专门评估。
6.1.10 负荷状态下,采用螺栓连接或铆钉连接加固钢结构时,原构件最大名义应力σ0max不应大于0.85fy。
条文说明
6.1.1 本章适用范围涵盖焊接加固、螺栓连接加固及铆钉连接加固的增大截面法加固。
6.1.2 采用增大构件截面加固钢结构时,会较大影响基本单元——构件甚至结构的受力工作性能,因而指出应根据构件缺陷、损伤状况、加固要求,考虑施工可能,经过设计比较选择最有利的截面形式,本标准附录B给出了各受力构件的一些截面加固形式,可供参考。
6.1.3 增大截面加固结构构件时,有新、旧两种钢材在同一构件截面中共同参与受力工作,因而必须采取必要的构造及工艺措施,以保证新、旧两种钢材能协同工作。同时还应保证不致因加固、焊接顺序不当等施工原因而造成不应有的截面、构件几何形状的弯扭畸变。此外,当采用焊缝连接加固截面时,常有较大焊接残余应力,它对钢结构的受力及耐久性都有影响,因而在加固构造及施工措施中,应极力避免较大的应力集中,以使构件,尤其受动荷载作用的构件在正常使用极限状态下能处于弹性范围内工作。
6.1.4 非负荷下加固的钢构件的计算可按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017规定进行,但因需要考虑被加固部分材料性质的变化、缺陷修补、截面和构件几何受力特征改变等,故仍应执行本标准规定的条件。
6.1.6 考虑到原构件钢材有硬化、韧性降低、疲劳和断裂的可能,故应根据其所受荷载性质(静力、动力或多次反复)、环境状况(温度、湿度等)和结构的连接方法(焊接或螺栓、铆钉连接),即结构的设计工作条件,选择截面以控制其最大名义应变范围(弹性、部分塑性或塑性发展),以保证结构的耐久、安全和节约,并依此划分了构件的工作类别,其中Ⅰ类结构的使用条件最不利于结构的工作。
本条针对四类不同设计工作条件结构,分别给出了负荷下焊接加固时的初始最大名义应力的限制水平。根据标准编制组近期完成的负载下焊接加固钢梁的试验研究和有限元分析,发现可以保证承受初始应力比为0.673的构件在负载下焊接加固的安全性;同时汲取了近期实际工程应用的经验,故规定Ⅲ类构件可将应力比限值提高到0.65。
6.1.9 加固后的Ⅰ、Ⅱ类构件,其疲劳寿命会有变化,所以宜对其剩余疲劳寿命进行专门评估和计算。增大截面的焊接或开孔会带来原构件部分的削弱,过程中不可避免地伴随应力重分布、应力集中等,所以宜对其低温冷脆的风险进行专门评估。
6.1.10 考虑到螺栓连接或铆钉连接加固对截面削弱,控制负载下加固应力比限值不大于0.85。对超过应力限值时的高负荷下焊接连接、螺栓连接或铆钉连接的增大截面加固应采取其他方法,不在本章所述范围。
6.1.2 采用增大构件截面加固钢结构时,会较大影响基本单元——构件甚至结构的受力工作性能,因而指出应根据构件缺陷、损伤状况、加固要求,考虑施工可能,经过设计比较选择最有利的截面形式,本标准附录B给出了各受力构件的一些截面加固形式,可供参考。
6.1.3 增大截面加固结构构件时,有新、旧两种钢材在同一构件截面中共同参与受力工作,因而必须采取必要的构造及工艺措施,以保证新、旧两种钢材能协同工作。同时还应保证不致因加固、焊接顺序不当等施工原因而造成不应有的截面、构件几何形状的弯扭畸变。此外,当采用焊缝连接加固截面时,常有较大焊接残余应力,它对钢结构的受力及耐久性都有影响,因而在加固构造及施工措施中,应极力避免较大的应力集中,以使构件,尤其受动荷载作用的构件在正常使用极限状态下能处于弹性范围内工作。
6.1.4 非负荷下加固的钢构件的计算可按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017规定进行,但因需要考虑被加固部分材料性质的变化、缺陷修补、截面和构件几何受力特征改变等,故仍应执行本标准规定的条件。
6.1.6 考虑到原构件钢材有硬化、韧性降低、疲劳和断裂的可能,故应根据其所受荷载性质(静力、动力或多次反复)、环境状况(温度、湿度等)和结构的连接方法(焊接或螺栓、铆钉连接),即结构的设计工作条件,选择截面以控制其最大名义应变范围(弹性、部分塑性或塑性发展),以保证结构的耐久、安全和节约,并依此划分了构件的工作类别,其中Ⅰ类结构的使用条件最不利于结构的工作。
本条针对四类不同设计工作条件结构,分别给出了负荷下焊接加固时的初始最大名义应力的限制水平。根据标准编制组近期完成的负载下焊接加固钢梁的试验研究和有限元分析,发现可以保证承受初始应力比为0.673的构件在负载下焊接加固的安全性;同时汲取了近期实际工程应用的经验,故规定Ⅲ类构件可将应力比限值提高到0.65。
6.1.9 加固后的Ⅰ、Ⅱ类构件,其疲劳寿命会有变化,所以宜对其剩余疲劳寿命进行专门评估和计算。增大截面的焊接或开孔会带来原构件部分的削弱,过程中不可避免地伴随应力重分布、应力集中等,所以宜对其低温冷脆的风险进行专门评估。
6.1.10 考虑到螺栓连接或铆钉连接加固对截面削弱,控制负载下加固应力比限值不大于0.85。对超过应力限值时的高负荷下焊接连接、螺栓连接或铆钉连接的增大截面加固应采取其他方法,不在本章所述范围。
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