一、钢结构损害的主要因素
(1)荷载变化、超期服役以及规范和规程的更新,都可能导致钢结构承载力不足。
(2)意外事件,如构件变形、扭曲、伤残或凹陷,会削弱构件截面,导致杆件翘曲和连接开裂。
(3)温差作用会引发构件或连接的变形、开裂和翘曲。
(4)化学物质侵蚀及电化学腐蚀同样会逐渐削弱钢结构构件的截面。
(5)此外,设计、生产、施工中的失误,以及服役期的违规使用和操作,也是导致钢结构损害的重要因素。
二、钢结构加固的主要技术措施
(1)截面补强法:通过在钢结构的局部或全长范围内增加钢材,将其连接成一个整体,以共同承受荷载。
(2)改变计算简图:通过增设附加支承、调整荷载分布或对超静定结构支座进行强迫位移等方式,降低结构内力水平,从而减少应力峰值。
(3)预应力拉索法:利用高强度拉索对钢结构薄弱环节进行加固,或者通过预应力技术提高结构的整体承载力、刚度和稳定性。
三、传统钢结构加固方法的特点
1.焊接钢结构加固
焊接过程中,由于局部迅速加热和冷却,焊接区受到周围工件本体的拘束,无法自由膨胀和收缩。这导致在焊件中产生焊接应力和变形。同时,高温作用会使焊接部位的组织和性能发生劣化。此外,焊缝中不可避免地存在缺陷,可能引发新的裂纹。而且,焊接结构内部存在的残余应力与其他作用力结合,可能导致结构开裂。虽然焊接能够使结构形成连续的整体,但一旦裂缝失稳扩展,就可能造成重大事故。
2.粘钢钢结构加固
这种方法采用结构胶将钢板粘贴在需要加固的部位,使钢板与原结构共同受力,从而提高结构的承载力。其优点包括高比强度、高比刚度,几乎不增加原结构的自重和尺寸。此外,复合材料还具有优异的抗疲劳性能和耐腐蚀性能。然而,在受弯构件的粘钢受剪承载力试验中,发现进一步加载时,粘贴钢板可能出现玻璃现象,导致最终极限承载力减小。因此,需要研究合理的构造措施来确保粘钢加固钢板不出现剥离。
3.螺栓连接钢结构加固
这种方法需要在损伤部位附近开孔,这可能会削弱截面并形成新的应力集中区。此外,普通螺栓在动载作用下可能松动,而高强螺栓则可能出现应力松弛现象,从而降低结构的修补效果。

综上所述,这些传统的高层钢结构加固方法都存在一些共同的局限性:首先,所选材料几乎都是钢材,这会增加结构的自重;其次,钢板难以裁剪成所需的形状,安装和运输都较为困难;最后,加固完成后需要对钢材进行防锈处理以保护结构胶不受影响,但维护工作量大且费用较高。
四、预应力加固钢结构技术的优势
预应力加固钢结构技术具有诸多显著优点。首先,它允许在不卸载和不停产的情况下进行加固工作,为实际施工带来了极大的便利。其次,通过施加预应力,能够直接减小结构的变形,并迅速消除超逾应力和内力峰值,确保结构的安全性。此外,与非预应力方式相比,该技术能够消除应力滞后现象,充分利用钢材的高强特性,从而显著提高加固效率。再者,结合可靠的锚固措施,可以降低粘结界面的剥离应力,有效避免整体剥落的情况,进一步提升加固的可靠性。最后,这一技术还有助于降低加固费用和使用成本,为业主带来经济效益。
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