钢结构检测与加固期末论文

房屋检测与加固期末论文关于钢结构加固的研究专业班级：工建0812学号：姓名：摘要：通过论述钢结构的特点、缺陷，以及在实际工程中的遇到的问题，提出了解决钢结构检测与加固的方法。关键词：钢结构事故加固1钢结构缺陷的预防和处理钢结构的加工制作、安装及使用缺陷的处理与预防从以下方面入手：1）设计人员应重视钢结构的节点构造设计。合理的节点构造将会大大降低应力集中、残余应力、残余变形等缺陷的影响程度。2）制造厂应重视加工制作过程中各个环节工艺的合理性和设备的先进性，尽量减少手工作业，力求全自动化，并加强质量的监控和检验工作。3）施工单位应重视安装工序的合理性、人员的高素质以及现场质量检验工作，尤其不可忽视临时支撑和安全措施。4）使用单位应重视定期维护工作，保证必要的耐久性。2钢结构事故种类和表现2.1钢结构的疲劳破坏事故（1）.脆疲劳破坏的概念及其影响因素疲劳破坏是指钢材或构件在反复交变荷载作用下在拉力远低于抗拉极限强度甚至屈服点的情况下发生的一种破坏。疲劳破坏的特点：1）结构在反复交变动载作用下的破坏，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏。2）疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下突然发生。3）疲劳破坏断口一般分为疲劳区和瞬断区。疲劳区记载了裂缝扩展和闭合的过程，颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波纹状。瞬断区反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点，瞬断区晶粒粗亮。（2）提高和改善疲劳性能的措施1）精心选材。用于动载作用的钢结构或构件，严格控制钢材的缺陷，选择优质钢材；2）精心设计。力求减少截面突变，避免焊缝集中，使钢结构构造合理化；3）精心制作。使缺陷、残余应力等减小到最低程度；4）精心施工。避免附加应力集中的影响；5）正确使用。避免对结构的局部损害，如划痕、开孔、撞击等；6）修补焊缝。（3.）事故实例某厂均热炉车间15m变截面铆接吊车梁。1987年9月29日，该梁的右端变截面处的下翼缘和腹板发生突发性撕裂，断口处于变截面转折处。吊车梁的使用（即吊车运行）情况调查结果：车间厂房跨度36m，车间内设置了50t钳式吊车3台，太原产20／50t钳式吊车1台。自1960年7月投产至吊车梁发生破坏，已使用27年。该车间钳式吊车停止运行时间是：每次小修（每周一次）停4~8h，每次中修（年度检修）停10~18d，每次大修（每次一周期）停30d。平均每年工作326d，每天实际工作17h，每小时运行15次，荷载循环次数为2.245×106次。吊车无超负荷使用史，吊车梁发生破坏时的起重量为13.5t。（4）事故分析通过敲击、放大镜观察等检测方法，得知是由于疲劳破坏导致吊车梁发生破坏，吊车梁已经使用27年，工作时间长，所以会发生疲劳破坏。所以在使用达到一定年限时要及时更换。2.2钢结构的失稳事故1.钢结构失稳的类型及产生的原因钢结构的失稳事故可分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类。（1）整体失稳事故原因1）设计错误。计算简图及支座约束与实际不符，设计安全储备过小等。2）制作缺陷。初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形等。3）临时支撑不足。安装过程中，临时支撑设置不合理或者数量不足，造成构件失稳，致使结构倒塌或倾覆。4）使用不当。随意改造使用功能；改变构件的受力状态；由积灰或增加悬吊设备引起的超载；基础的不均匀沉降和温度应力引起的附加变形；意外的冲击荷载等。（2）局部失稳事故原因1）设计错误。忽视甚至不进行构件的局部稳定验算。2）构造不当。局部受集中力较大的部位，原则上应设置构造加劲肋；为了保证构件在运输过程中不变形也须设置横隔、加劲肋等。3）原始缺陷。包括钢材的负公差严重超规，制作过程中焊接等工艺产生的局部鼓曲和波浪形变形等。4）吊点位置不合理。2.钢结构失稳的处理与防范失稳事故应以防范为主，应做好以下工作：（1）设计人员应强化稳定设计理念1）结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求。2）计算简图必须符合实际受力情况。3）构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须配合，尤其要有强节点的概念。4）强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应采用二阶分析。5）叠加原理不适用于稳定问题。6）应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响。2.3钢结构的锈蚀事故生锈腐蚀将会引起构件截面减小，承载力下降，因腐蚀产生的“锈坑”将使钢结构的脆性破坏的可能性增大。再也将影响钢结构的耐久性。1．锈蚀的类型及影响因素（1）锈蚀的类型1）化学腐蚀。钢材直接与大气或工业废气中含有的氧气、碳酸气、硫酸气或非电介质液体发生表面化学反应而产生的腐蚀。2）电化学腐蚀。钢材内部有其他金属杂质，具有不同的电极电位，在与电介质或水、潮湿气体接触时，产生原电池作用，使钢材腐蚀。2.4钢结构的火灾事故1.火灾对钢结构的危害耐火性差是钢结构的缺点。一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。如美国纽约世贸中心大楼的。2.钢结构在火灾中的失效分析200℃以下时变化不大；250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，而塑性和冲击韧性下降（蓝脆现象）。超过300℃时，钢材的、和开始显著下降，而塑性伸长率显著增大，钢材产生徐变。当温度超过400℃时，屈服强度、抗拉强度和弹性模量急剧降低。600℃时，屈服强度、抗拉强度和弹性模量均接近于零，承载力几乎完全丧失。钢结构在火灾中失效受到各种因素的影响:例如钢材的种类、规格、荷载水平、温度高低、升温速率、高温蠕变等。对于承重结构来说，火灾时钢结构的损伤程度还取决于室内温度和火灾持续时间，而火灾温度和作用时间又与此时室内可燃性材料的种类及数量、可燃性材料燃烧的特性、室内的通风情况、墙体及吊顶等的传热特性以及当时气候情况(季节、风的强度、风向等)等因素有关。火灾属意外性的突发事件，一旦发生，现场较为混乱，扑救时间的长短也直接影响到钢结构的破坏程度。3.钢结构的防火方法（1）紧贴包裹法采用防火涂料紧贴钢结构的外露表面，将钢构件包裹起来。（2）空心包裹法采用防火板、石膏板、蛭石板、硅酸钙盖板、珍珠岩板将钢构件包裹起来。（3）实心包裹法一般采用混凝土，将钢结构浇注在其中。钢结构防火方法的选择以构件的耐火极限要求为依据，防火涂料是最为流行的做法。2.5钢结构的材料事故钢材和连接材料性能的好坏直接影响到钢结构的可靠性。1．材料事故的类型及产生的原因钢结构材料事故的产生原因如下：1）钢材质量不合格；2）铆钉质量不合格：3）螺栓质量不合格；4）焊接材料质量不合格5）设计时选材不合理；6）制作时工艺参数不合理，钢材与焊接材料不匹配7）安装时管理混乱，导致材料混用或随意替代。2．材料事故的处理方法常见的是构件裂缝，且裂缝纯属材料本身不合格所引起。1）认真复检钢材及连接材料的各项指标，确认事故原因；2）影响构件安全的裂缝，采用加固或更换构件的处理方法（3）次要构件的裂纹，可采用焊补法处理；（4）构件钢板夹层缺陷的处理：桁架节点板夹层处理：承受静载或间接动载的桁架节点板，当夹层深度小于节点板厚度的1/3时，将夹层表面铲成V形坡口，作焊合处理；当夹层深度等于或大于节点板1/3高度时，应将节点板作拆换处理。实腹梁、柱翼缘板夹层处理：当承受静载的实腹梁和实腹柱翼缘有夹层存在时，可按下述方法处理：①在一半长度内，夹层总长度（连续或间断）不超过200mm，夹层深度不超过翼缘板断面厚度1/5且不大于100mm时，可不作处理继续使用。②当夹层总长度超过200mm，而夹层深度不超过翼缘断面厚度1/5，可将夹层表面铲成V形坡口予以焊合。③当夹层深度未超过翼缘断面高度1/2时，可在夹层处钻孔，用高强螺拴拧合，此时应验算钻孔所削弱的截面；当夹层深度超过翼缘断面高度l／2时，应将夹层的一边翼缘板全部切除，另换新板。焊缝裂纹处理对于焊缝裂纹，原则上要刨掉重焊（用碳孤气刨或风铲），对承受静载的实腹梁翼缘和腹板处的焊缝裂纹，可采用在裂纹两端钻上止裂孔，并在两板之间加焊短斜板方法处理，斜板厚度应大于裂纹长度。3．事故实例分析（1）工程及事故概况车间为5跨单层厂房，全长759m,宽159m，屋盖共有钢屋架118榀，40榀屋架下弦角钢为2L160×14，其肢端普遍存在不同程度的裂缝。裂缝深2~5mm，个别达20mm，裂缝宽0.1~0.7mm，长0.5~10m不等。（2）原因分析经取样检验，该批角钢材质符合A3F标准，裂缝是在钢材生产过程中形成；由于现场缺乏严格的质量检验制度，管理混乱，而将这批钢材用到工程上。（3）处理措施加固原则。加固钢材截面一律按已知裂缝最大深度20mm加倍考虑，并与屋架下弦中心基本重合，不产生偏心受拉，其断面按双肢和对称考虑，钢材焊接时，要求不损害原下弦拉杆并要防止结构变形。加固方法。在下弦两侧沿长度方向各加焊一根规格为L90×56×6的不等边角钢。3钢结构的加固方法3.1.结构的卸荷方法（1）梁式结构增设临时支柱或组成撑杆式结构张紧其拉杆对屋架进行改变应力卸荷。由于屋架从两个支点变为多支点，所以需进行验算，特别应注意应力符号改变的杆件。临时支承节点处的局部受力情况也应进行核算；采取临时措施防止支承点在平面外失稳。（2）柱子当下段柱需要加固甚至截断拆换时，一般采用“托梁换柱”的方法，此时应对两侧相邻柱进行承载力验算。（3）托架可利用吊车梁作为支点使托架卸荷。应验算吊车梁得强度。3.2.改变结构计算图形加固法采用改变荷载分布状况、传力路径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法。应对被直接加固结构进行承载能力和正常使用极限状态的计算外，尚应对相关结构进行必要的验算，并采取切实可行的合理的构造措施，保证其安全。改变结构计算简图加固的途径：①增加结构或构件的刚度；②改变受弯构件截面内力；③改变桁架杆件内力；④与其他结构共同工作形成混合结构，以改善受力情况。（1）增加结构或构件的刚度法1）增加屋盖支撑以加强结构的空间刚度。2）加设支撑增加结构刚度，或调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构的动力特性。3）增设支撑或辅助杆件使构件的长细比减少以提高其稳定性。4）在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷。5）塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。（2）改变受弯构件截面内力法1）改变荷载的分布情况，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载。2)改变端部的支承情况，例如变铰接为刚接.3）增加中间支座，或将两简支结构的端部连接起来使之成为连续结构。4）调整连续结构的支座位置。5）将构件变为撑杆式结构。6）施加预应力。（3）改变桁架杆件内力法1）增设撑杆变桁架为撑杆式构架。2）加设预应力拉杆。3）将静定桁架变为超静定桁架。4）与其他结构共同工作形成混合结构，以改善受力情况3.3.加大构件截面加固法加固可能是在负荷、部分卸荷或全部卸荷状况下进行，加固前后结构几何特性和受力状况会有很大不同，因而需要根据结构加固期间及前后，分阶段考虑结构的截面几何特性、损伤状况、支承条件和作用其上的荷载及其不利组合，确定计算简图，进行受力分析，找出结构的可能最不利受力，以确保安全可靠。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。1）加固时的净空限制，使补强零件不与其他构件相碰。2）补强方法应能适应原有构件的几何形状或己发生的变形情况，以利施工。3）尽量减少补强施工工作量。尽可能采用焊接方法补强。应尽量减少焊接工作量和注意合理的焊接顺序。4）尽可能使被补强构件的重心轴位置不变，以减少偏心所产生的弯短。5）考虑补强后的构件便于油漆和维护，避免形成易于积聚灰尘的坑槽而引起锈蚀。6）焊接补强时应采取措施尽量减小焊接变形。7）受压构件或受弯构件的受压翼缘破损和变形严重时，为避免矫正变形或拆除受损部分，可在杆件周围包以钢筋混凝土，形成劲性钢筋混凝土的组合结构。应在外包钢筋混凝土部位焊接能传递剪力的零件。4参考文献[1]汪一骏，顺泰吕，钢结构设计手册(上册)（第三版），北京：中国建筑工业出版社，2004:4-5[2]GB5