卡本钢结构加固|详解钢结构建筑加固材料应用

相比于当今最常见的混凝土结构，钢结构具备明显的优势。钢结构自重轻，抗震性能好，资源回收价值高，被称为可重复利用型与环保型绿色建筑。如今，钢结构的数量，更标志着一个国家或地区的经济实力，自我国提出在建筑中“积极、合理地用钢”后，我国钢结构的数量也在逐年呈上升趋势。

一、增大截面焊接加固

焊接加固施工的便捷性和可靠性，往往是钢结构加固中最传统也是最直接的选择。焊接加固即在结构受损部位焊接金属盖板或型钢，对钢结构起到加固补强的作用。焊接加固应用时间长，技术成熟度高，但存在焊接后材料性能变差、受操作人员影响程度高的风险。

增大横截面法是一种基本的加固方法，尤其是在承载条件下，考虑长期以来，承载条件下焊接加固钢结构工作是按照CECS：7796和YB9257-96两本标准进行的，但由于两者应力比限值及相关参数的取值上的差异，缺乏充分的实验基数和数值分析，还存在着诸多不合理之处。

基于此，国标《钢结构加固设计规范》编制组开展了承载条件下焊接加固钢结构构件承载性能的研究工作，以提供增大截面焊接加固法的基础数据和理论支持，包含新的技术要点。

二、粘钢加固

粘贴钢板加固法又称粘钢加固技术，其流程是在钢结构表面用特制的建筑结构胶粘贴加固钢板，使之黏结形成整体，共同承载，提高结构的稳固能力。

从国内部分学者对粘钢加固技术的试验研究来看，该技术具有无明火、作业面小、不影响结构外形等一系列优点，但是由于加固件与被加固件连接界面的受力复杂，容易在各种因素的作用下发生开裂，而且加固效果过于依赖结构胶层的作用发挥期，此方法在工程界受到一定程度的质疑。

另外，钢结构加固还可通过在原有钢结构上开孔，采用铆接与螺接的形式对钢结构进行加固。缺点就是，削弱了开孔处截面，容易产生新的应力集中。

三、碳纤维加固

1、工艺现状

纤维增强复合材料的优点主要有强度大于刚度、抗疲劳性和耐腐蚀性好、现场可操作性强、施工周期短、保护原结构等等，而且因其优异的物理、力学性能，目前已广泛用于混凝土结构和砌体结构的加固之中。

在采用粘贴碳纤维复合材料加固钢结构的时候，对钢材表面和碳纤维复合材料（特指碳纤维板）表面的处理是碳纤维复合材料加固钢结构的重要工序之一，也是加固成功或失败的关键因素之一。

正常情况下，钢材表面会存在一些不同程度的氧化物、锈迹、油污以及其他杂质；同样，碳纤维复合材料在一系列加工、运输、储存的过程中表面也会存在种吸附物，而碳纤维复合材料加固钢结构是借用结构胶粘剂将碳纤维材料和钢材粘接在一起，使之共同受力，达到加固补强的目的，如果在表面存在杂质，将直接影响到粘接表面的内聚强度。

通常来说钢材表面的处理一般表现为三个方面：

1、除去钢材表面的油污及松散层，提高结构胶的粘结能力；

2、增加钢材与碳纤维复合材料的有效粘贴面积；

3、提高粘接表面的内聚强度；

而这三个方面的相关影响因素则是粘接表面的清洁度和粗糙度，在实际使用中的钢材都没有经过钝化处理，在其表面经常会有一层氧化物或者油污的杂质，这些杂质结构疏松，与基体的结合强度很低，影响了结构胶的粘结能力，降低了界面的粘结强度，所以需要对粘接表面进行清洁处理是十分有必要的。

对于截面较小的钢结构来说，适当的将粘接表面粗糙化，一方面不仅提高了粘接表面积，另一方面胶粘剂还与表面的凸起物之间形成了微观机械咬合力并提高了粘接表面的摩擦力，有效的提高碳纤维复合材料与钢结构粘接表面的粘接力。

碳纤维布不需要处理，对于预成型碳纤维板来说，应该在其表面采取喷砂处理来增加碳纤维板的粗糙程度，以增加其粘附强度。在进行处理的工程中，应控制处理的程度和力度，不要使碳纤维丝裸露或有损伤，并将其表面用干燥的布清除表面残留物。

四、组合加固

组合加固法是利用组合结构加固混凝土的原理，采用内填混凝土和外包混凝土的方式对钢结构进行加固。内填混凝土加固法主要用于加固钢管构件，使结构负载尽可能的卸除，但是在大多数情况下，由于初应力水平对结构构件承载力的影响，初始荷载难以卸除，也导致了外包混凝土在进行加固时，由于原构件所承受的荷载水平出现应力滞后的现象。

为便于设计人员在加固中使用，两种组合加固法可以采用强度折减系数的概念，基于已有的研究成果，建立强度折减系数与初应力水平的量化关系，从而对加固后截面的承载能力进行折减。

五、预应力加固法

钢结构预应力加固的原理是利用预应力钢绞线对钢结构整体或构件进行加固的方法，其本质是通过施加预应力降低原钢结构应力水平，从而改变原钢结构中的内力分布。

对钢结构施加预应力进行加固主要适用于较大跨度及采用一般方法无法加固或加固效果不理想的较高应力、应变状态下的大型钢结构加固工程，可以达到加固原有钢结构，改变原结构刚度与内力的效果，施工方便、成本低廉、预应力束可以单独防腐或是更换。

此外，若使用预应力碳纤维板加固钢结构时，除遵守一般钢结构加固的准则与规定外，还应遵循预应力碳板加固的设计与计算原则。

六、总结

建筑工程中的钢结构不可避免地存在各种缺陷和损伤。在荷载和环境等因素的作用下，材料发生变化，引起宏观力学性能的劣化，导致钢结构工程事故。

为确保结构安全工作，延长使用寿命就必须对损伤构件进行更换或加固，更换这些构件将造成极大的浪费，而且会影响结构的正常使用。

同时，结构损伤具有局部性和多发性特点，这些结构不可能在出现损伤时就立即退役。因此，寻求经济高效的钢结构加固技术既是土木工程领域亟待解决的技术问题，又是一个关系到社会可持续发展的问题。

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