论文部分内容阅读
摘要：在钢筋施工中，常常会出现一定的裂缝，裂缝对工程有很大的危害，本文分析钢筋结构裂缝的成因，并积极采取有效合理的控制措施。
关键词：钢结构裂缝；成因；防治措施
中图分类号：TU391文献标识码： A
钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件，经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时，应对钢结构进行加固。常见的钢结构需加固补强的主要原因有：
（1）由于设计或施工中造成钢结构缺陷，如焊缝长度不足，杆件切口过长，使截面削弱过多等等。
（2）结构经长期使用，出现不同程度的锈蚀、磨损以及操作不正常等，造成结构缺陷，使结构构件截面严重削弱。
（3）工艺生产条件变化，使结构上荷载增加，原有结构不能适应。
（4）使用的钢材质量不符合要求。
（5）意外、自然灾害对结构损伤严重。
（6）由于地基基础下沉，引起结构的变形和损伤。
二、鋼结构加固原则
结构或构件加固是一项复杂的工作，要考虑的因素很多。加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择，一般原则如下：
（1）加固应尽可能做到不停产或少停产，因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍。能否在负荷下不停产加固，取决于结构的应力应变状态。一般构件的内应力小于钢材设计强度的80%，且构件损坏变形等不是太严重时，可采用负荷不停产加固方法。
（2）结构加固方案要便于制作、施工，便于检查。
（3）结构制造组装应尽量在生产区外进行。
（4）连接加固应尽可能采用高强螺栓或焊接。
采用高强螺栓加固时，应验算钻孔截面削弱后的承载能力；采用焊接加固时，实际荷载产生的原有杆件应力最好在钢材设计强度60%以下，极限不得超过80%，否则应采取相应的措施才能施焊。
三、钢结构加固方法
（一）、加固方法概述
钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，也可采用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构，根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。增加原有构件截面的加固方法是最费料最费工的方法（但往往是可行的方法）；改变计算简图的方法最有效且多种多样，其费用也大大下降。加固结构的施工方法有：负荷加固、卸荷加固和从原结构上拆下应加固或更新的部件进行加固。加固施工方法应根据用户要求和结构实际受力状态，在确保质量和安全的前提下，由设计人员和施工单位协商确定。
（1）带负荷加固。施工最方便，也较经济。是用于构件（或连接）的应力小于钢材设计强度的80%时，或构件无甚大损坏（破损、变形、翘曲等）的情况下。此时为了使新加固杆件参与受力，有时需要对被加固杆件采取临时卸荷的措施。另外，在加固时应注意不影响其他构件的正常使用。
（2）卸荷加固。适用于结构损坏较大或构件和连接的应力状态很高，需要暂时减轻其负荷时。对某些主要承受可动荷载的结构（如吊车梁等），可限制其可动荷载，即相当于大部分卸荷。
（3）从原结构上拆下应加固或更新的部件。当结构破坏严重或原截面承载力过小，必须在地面进行加固或更新时采用。此时必须设置临时支撑，使被换构件完全卸荷；同时，必须保证被换结构卸下后整个结构的安全。确定加固方案前，应搜集下列资料：
1）原有结构的竣工图（包括更改图）及验收记录。
2）原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告。
3）原有结构构件制作、安装验收记录。
4）原有结构设计计算书。
5）结构或构件破损情况检查报告。
6）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据。
（二）、改变结构计算图形加固法
改变结构计算图形加固法通常采用的具体措施如下：
1、增加结构或构件的刚度
（1）增加支撑以加强结构空间刚度，采用按空间结构进行验算，挖掘结构潜力。
（2）加设支撑以增加刚度，或调整结构的自振频率，以提高结构的抗震性能。
（3）增设支撑或辅助杆件，以减少构件的长细比，提高构件的稳定性。
（4）重点加强某一构件的刚度，以承受更多的内力，从而减轻其他构件的内力。
（5）设置拉杆以加强结构的刚度，减少挠度。
2、改变构件的截面内力
（1）变更荷重的分布情况。如将一个集中荷重分为几个集中荷重。
（2）变更端部的连接。如将铰接变为刚接。
（3）增加中间支座或将简支结构端部连接使之成为连续结构。
（4）调整连续结构的支座位置。
（5）将构件变为撑杆式构架。
（6）施加预应力。
（三）、加大构件截面加固法
采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑有缺陷和损伤的状况。加固构件受力分析计算简图，应反映结构的实际条件，考虑损伤及加固引起的不利变形、加固期间及前后作用在结构上的荷载及其不利组合，对于超静定结构尚应考虑因截面加大、构件刚度改变使体系内力重分布的可能，必要时应分阶段进行受力分析和计算。采用该方法应注意的事项如下：
（1）注意加固时的净空限制，使新加固的构件不得与其他杆件相冲突。
（2）加固设计应适应原有构件的几何状态，以利施工。
（3）应尽量减少施工工作量。当原有结构钢材的可焊性较好时，根据具体情况尽量考虑用焊接加固，并应尽量减少焊接工作量，以减少焊接应力的影响，避免焊接变形。还应避免仰焊。
（4）加固应尽量使被加固构件截面的形心轴位置不变，以减少偏心所产生的弯矩。当偏心值超过规定时，在复核加固截面时，应考虑偏心的影响。
（5）加固后的截面在构造上要考虑防腐的要求，避免形成易于积灰的坑槽而引起锈蚀。
四、钢构件的具体加固技术
（一）、钢柱的加固
钢柱通常为轴压构件或压弯构件，结合其受力特点，应采用以下加固方法。
1、柱子卸荷法
必须在卸荷状态下加固或更换新柱时，采取“托梁换柱”方法。当仅需加固上部柱时，可以利用吊车梁桥架支托起屋盖屋架，使柱子卸荷。当下部柱需要加固或工艺需要截去下柱时，可在吊车梁下面设一永久性托梁，将上部柱荷载（包括吊车梁荷载）分担于邻柱（必须验算邻柱并加固之，也要验算基础）上。采用此法应考虑到用托梁代替下柱后，托梁将产生一定的挠度，迫使原屋架下沉，从而可能损伤与此屋架相连构件的连接节点。
2、钢柱加固法
（1）补强柱的截面。一般补强柱截面用钢板或型钢，采用焊接或高强螺栓与原柱连接成一个整体。
（2）增设支撑。增设支撑以减小柱自由长度，提高承载能力。在截面尺寸不变的情况下提高了柱的稳定性。
（4）在钢柱四周外包钢筋混凝土进行加固，可明显提高承载能力。
3、柱脚加固法
（1）柱脚底板厚度不足加固方法
增设柱脚加劲肋，以达到减小底板计算弯矩的目的。"在柱脚型钢间浇筑混凝土，使柱脚底板成为刚性块体。为增加粘结力，柱脚表面油漆和锈蚀要清除干净。
（2）柱脚锚固不足加固方法
增设附加锚栓。当混凝土基础较宽大时采用。在混凝土基础上钻出孔洞，插入附加锚栓，浇注环氧砂浆或硫磺砂浆（孔洞直径为锚栓直径"加20mm’’，深度大于30d"）。"将整个柱脚
包以钢筋混凝土。新配钢筋要伸入基础内，与基础内原钢筋焊。
4、柱加固承载力验算法
负荷状态下加固计算，重要的问题是加固后应力能否重分配，即加固后原有截面能否将原有应力分配到新补强的构件截面上去，如能重分配，新老荷载之和，可以平均分配给新老截面上，否则原有荷载仍由原截面承担，新增加荷载由新老截面（即加固后总截面）平均分担。到目前为止，加固后应力重分配尚未为实验所完全证实（至少在弹性阶段），可是对静载结构来说，当截面一部分进入塑性状态，应力最终会重分配，所以计算中静载结构可以新老截面共同工作原则来计算；当在动载结构情况下，塑性区很难形成，不考虑应力重分配，计算时将加固前和加固后的情况分别计算，然后求其总和。在卸荷情况下加固，就不存在上述问题。卸荷状态下，截面验算按加固后总截面，并考虑加固折减系数，按现行规范计算，即按负荷状态下加固截面作用静力荷载的验算公式计算，杆架杆件、梁也是如此。
关键词：钢结构裂缝；成因；防治措施
中图分类号：TU391文献标识码： A
钢结构存在严重缺陷和损伤或改变使用条件，经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时，应对钢结构进行加固。常见的钢结构需加固补强的主要原因有：
（1）由于设计或施工中造成钢结构缺陷，如焊缝长度不足，杆件切口过长，使截面削弱过多等等。
（2）结构经长期使用，出现不同程度的锈蚀、磨损以及操作不正常等，造成结构缺陷，使结构构件截面严重削弱。
（3）工艺生产条件变化，使结构上荷载增加，原有结构不能适应。
（4）使用的钢材质量不符合要求。
（5）意外、自然灾害对结构损伤严重。
（6）由于地基基础下沉，引起结构的变形和损伤。
二、鋼结构加固原则
结构或构件加固是一项复杂的工作，要考虑的因素很多。加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择，一般原则如下：
（1）加固应尽可能做到不停产或少停产，因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍。能否在负荷下不停产加固，取决于结构的应力应变状态。一般构件的内应力小于钢材设计强度的80%，且构件损坏变形等不是太严重时，可采用负荷不停产加固方法。
（2）结构加固方案要便于制作、施工，便于检查。
（3）结构制造组装应尽量在生产区外进行。
（4）连接加固应尽可能采用高强螺栓或焊接。
采用高强螺栓加固时，应验算钻孔截面削弱后的承载能力；采用焊接加固时，实际荷载产生的原有杆件应力最好在钢材设计强度60%以下，极限不得超过80%，否则应采取相应的措施才能施焊。
三、钢结构加固方法
（一）、加固方法概述
钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，也可采用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构，根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。增加原有构件截面的加固方法是最费料最费工的方法（但往往是可行的方法）；改变计算简图的方法最有效且多种多样，其费用也大大下降。加固结构的施工方法有：负荷加固、卸荷加固和从原结构上拆下应加固或更新的部件进行加固。加固施工方法应根据用户要求和结构实际受力状态，在确保质量和安全的前提下，由设计人员和施工单位协商确定。
（1）带负荷加固。施工最方便，也较经济。是用于构件（或连接）的应力小于钢材设计强度的80%时，或构件无甚大损坏（破损、变形、翘曲等）的情况下。此时为了使新加固杆件参与受力，有时需要对被加固杆件采取临时卸荷的措施。另外，在加固时应注意不影响其他构件的正常使用。
（2）卸荷加固。适用于结构损坏较大或构件和连接的应力状态很高，需要暂时减轻其负荷时。对某些主要承受可动荷载的结构（如吊车梁等），可限制其可动荷载，即相当于大部分卸荷。
（3）从原结构上拆下应加固或更新的部件。当结构破坏严重或原截面承载力过小，必须在地面进行加固或更新时采用。此时必须设置临时支撑，使被换构件完全卸荷；同时，必须保证被换结构卸下后整个结构的安全。确定加固方案前，应搜集下列资料：
1）原有结构的竣工图（包括更改图）及验收记录。
2）原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告。
3）原有结构构件制作、安装验收记录。
4）原有结构设计计算书。
5）结构或构件破损情况检查报告。
6）现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据。
（二）、改变结构计算图形加固法
改变结构计算图形加固法通常采用的具体措施如下：
1、增加结构或构件的刚度
（1）增加支撑以加强结构空间刚度，采用按空间结构进行验算，挖掘结构潜力。
（2）加设支撑以增加刚度，或调整结构的自振频率，以提高结构的抗震性能。
（3）增设支撑或辅助杆件，以减少构件的长细比，提高构件的稳定性。
（4）重点加强某一构件的刚度，以承受更多的内力，从而减轻其他构件的内力。
（5）设置拉杆以加强结构的刚度，减少挠度。
2、改变构件的截面内力
（1）变更荷重的分布情况。如将一个集中荷重分为几个集中荷重。
（2）变更端部的连接。如将铰接变为刚接。
（3）增加中间支座或将简支结构端部连接使之成为连续结构。
（4）调整连续结构的支座位置。
（5）将构件变为撑杆式构架。
（6）施加预应力。
（三）、加大构件截面加固法
采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑有缺陷和损伤的状况。加固构件受力分析计算简图，应反映结构的实际条件，考虑损伤及加固引起的不利变形、加固期间及前后作用在结构上的荷载及其不利组合，对于超静定结构尚应考虑因截面加大、构件刚度改变使体系内力重分布的可能，必要时应分阶段进行受力分析和计算。采用该方法应注意的事项如下：
（1）注意加固时的净空限制，使新加固的构件不得与其他杆件相冲突。
（2）加固设计应适应原有构件的几何状态，以利施工。
（3）应尽量减少施工工作量。当原有结构钢材的可焊性较好时，根据具体情况尽量考虑用焊接加固，并应尽量减少焊接工作量，以减少焊接应力的影响，避免焊接变形。还应避免仰焊。
（4）加固应尽量使被加固构件截面的形心轴位置不变，以减少偏心所产生的弯矩。当偏心值超过规定时，在复核加固截面时，应考虑偏心的影响。
（5）加固后的截面在构造上要考虑防腐的要求，避免形成易于积灰的坑槽而引起锈蚀。
四、钢构件的具体加固技术
（一）、钢柱的加固
钢柱通常为轴压构件或压弯构件，结合其受力特点，应采用以下加固方法。
1、柱子卸荷法
必须在卸荷状态下加固或更换新柱时，采取“托梁换柱”方法。当仅需加固上部柱时，可以利用吊车梁桥架支托起屋盖屋架，使柱子卸荷。当下部柱需要加固或工艺需要截去下柱时，可在吊车梁下面设一永久性托梁，将上部柱荷载（包括吊车梁荷载）分担于邻柱（必须验算邻柱并加固之，也要验算基础）上。采用此法应考虑到用托梁代替下柱后，托梁将产生一定的挠度，迫使原屋架下沉，从而可能损伤与此屋架相连构件的连接节点。
2、钢柱加固法
（1）补强柱的截面。一般补强柱截面用钢板或型钢，采用焊接或高强螺栓与原柱连接成一个整体。
（2）增设支撑。增设支撑以减小柱自由长度，提高承载能力。在截面尺寸不变的情况下提高了柱的稳定性。
（4）在钢柱四周外包钢筋混凝土进行加固，可明显提高承载能力。
3、柱脚加固法
（1）柱脚底板厚度不足加固方法
增设柱脚加劲肋，以达到减小底板计算弯矩的目的。"在柱脚型钢间浇筑混凝土，使柱脚底板成为刚性块体。为增加粘结力，柱脚表面油漆和锈蚀要清除干净。
（2）柱脚锚固不足加固方法
增设附加锚栓。当混凝土基础较宽大时采用。在混凝土基础上钻出孔洞，插入附加锚栓，浇注环氧砂浆或硫磺砂浆（孔洞直径为锚栓直径"加20mm’’，深度大于30d"）。"将整个柱脚
包以钢筋混凝土。新配钢筋要伸入基础内，与基础内原钢筋焊。
4、柱加固承载力验算法
负荷状态下加固计算，重要的问题是加固后应力能否重分配，即加固后原有截面能否将原有应力分配到新补强的构件截面上去，如能重分配，新老荷载之和，可以平均分配给新老截面上，否则原有荷载仍由原截面承担，新增加荷载由新老截面（即加固后总截面）平均分担。到目前为止，加固后应力重分配尚未为实验所完全证实（至少在弹性阶段），可是对静载结构来说，当截面一部分进入塑性状态，应力最终会重分配，所以计算中静载结构可以新老截面共同工作原则来计算；当在动载结构情况下，塑性区很难形成，不考虑应力重分配，计算时将加固前和加固后的情况分别计算，然后求其总和。在卸荷情况下加固，就不存在上述问题。卸荷状态下，截面验算按加固后总截面，并考虑加固折减系数，按现行规范计算，即按负荷状态下加固截面作用静力荷载的验算公式计算，杆架杆件、梁也是如此。