钢结构加固详解（一）改变结构计算图形加固方法
改变结构计算图加固方法是指通过改变荷载分布、力的传递路径、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。在改变结构计算图加固过程中（包括施工过程），除计算加固结构的承载力和正常使用极限状态外，还应注意对相关结构构件承载力和使用功能的影响，考虑结构、构件、节点和支撑内力的重分布，对结构（包括基础）进行必要的补充计算，并采取切实合理的施工措施。采用改变结构计算图加固方法时，设计与施工应密切配合钢结构轴心受压构件，不得未经设计许可擅自改变设计规定的施工方法和程序。采用调整内力加固结构时，应在加固设计中规定调整后的内力（应力）或规定位移（应变）的数值、允许偏差以及检测位置和检验方法。
改变结构计算图的通用方法
（1）增加支撑或辅助构件加固
①增加支撑，增加结构的空间刚度，使结构验证为空间结构，挖掘结构的潜力，如图1所示。
②增加支撑，增加结构刚度，或调整结构的固有频率，以提高结构的承载能力和动力特性，如图2所示。
③增加支撑或辅助杆件，减小构件的长细比，提高其稳定性，如图（图3）。
④在框架结构中，重点加强某一柱的刚度，使其承受大部分水平力，以减轻其他柱的荷载，如（图4）。
（2）改变构件弯矩图加固方法
①改变载荷的分布，如将一个集中载荷转换成多个集中载荷。
②改变端部支撑条件，如将铰接连接改为刚接连接，见（图5）。
③添加中间支撑或将简支结构两端连接起来，形成连续结构，见（图6）。
④调整连续结构支撑位置，改变连续结构跨度。
(1) 桁架可以通过改变其构件的内力进行加固，具体方法如下。
①增设支撑架，使桁架变成支撑架式框架（如图8所示）。
②添加预应力拉杆，见图(图9)。
(2)必要时，可采取措施使加固构件与其他构件共同作用或组成组合结构进行加固，如钢屋架与天窗架共同作用等。
例如（图10）在钢平台梁上增加剪力键，与混凝土板形成组合结构。
（3）施加预应力加固。
①在结构中安装拉杆或适度张拉的拉索，加强结构刚度，如图11所示。
②对弯曲构件施加预应力，如图（图12）所示。
(6) 当框架有主跨和次跨时，可以通过改变主跨和次跨之间的连接方式来加固其中一个跨。由刚性连接改为铰接连接可以加固主跨钢结构轴心受压构件，由铰接连接改为刚性连接可以加固次跨，如图13所示。
钢结构加固详解（2）增加构件截面加固方法
增大构件截面加固方法适用范围广，施工相对简单，特别是在满足某些前提条件时，还可以在荷载作用下进行加固，因此是钢结构加固中最常用的方法。
采用增大截面加固钢构件时，应考虑构件的受力状况及存在的缺陷，在施工方便、连接可靠的前提下，选择最有效的增大截面形式，所选用的截面形式应有利于加固技术要求，并兼顾存在的缺陷及损失。（图1-图4）现给出各类承重构件的截面加固形式，供设计参考。
1. 计算的一般规定
(1)钢结构在完全卸载状态下采用增加截面加固时，应按照钢结构设计规范的规定，按与新建结构相同的方法，按加固截面计算构件的强度和稳定性。
（2）采用增加受荷截面加固钢构件时，原结构宜留有20%的承载力富余，加固构件的承载力应根据荷载形式计算。
对于承受静荷载或间接承受动荷载的构件，一般可按钢筋截面依据原构件与钢筋间内力重分配的原理来计算承载力。
(3)采用增加受荷载截面进行加固时，应根据原构件的应力状态进行配筋计算，并在钢筋强度设计值上乘以配筋折减系数k。对于受轴向荷载的实体构件，k=0.8p；对于偏心荷载和受弯构件及格构构件，k=0.9。
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根据《钢结构加固技术规范》，被加固构件按使用条件分为四种设计工况，不同设计工况下钢筋折减系数有不同的数值。
(1) 轴心受力构件加固后，应考虑构件截面质心轴偏移的影响，当质心轴偏移值小于截面高度时，一般可忽略其影响。
(2) 对于钢筋受弯构件和偏心受荷载构件，不宜考虑截面的塑性发展，可采用边缘纤维屈服准则进行计算。
(3)在动荷载作用下，构件的配筋计算宜分加固前、加固后两个阶段进行，并应遵守下列规定：稳定性计算应分别按加固前后截面采用稳定系数；可不考虑配筋折减系数；必要时，应对剩余疲劳寿命进行专门研究计算。
(4) 计算加固构件在静荷载作用下的稳定时，可按加固截面取稳定系数，并应考虑配筋折减系数。
2. 轴心受压构件配筋计算
轴心受拉或轴心受压构件的原始截面一般都是对称的，若损伤不对称性不大，可采用对称配筋形式；若损伤不对称性较大，应采用不改变截面质心位置的配筋方法，以减少附加力的影响。当采用非对称或质心改变配筋截面时，应按偏心受力构件（拉弯或压弯构件）处理。
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3.结构及施工要求
（1）增大截面加固时，应保证加固构件有合理的传力路径：应有保证钢筋与原构件共同作用的相互连接；对于轴心和偏心受荷载的构件，钢筋应与原构件的支座（或节点）有可靠的连接。
（2）钢筋的布置应与原构件的几何形状或已发生的变形相适应，以利于施工。但也应尽可能避免，避免引起截面质心轴偏移。如难以避免，则在配筋计算时应考虑质心轴偏移的影响。
（3）尽量减少加固施工工作量。不管原结构是螺栓结构还是焊接结构，只要钢材具有良好的焊接性，都应尽可能采用焊接进行加固。
（4）采用焊接加固时，应尽可能减少焊接工作量并合理安排焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力，尽量避免仰焊。在荷载作用下焊接时，应采用较小的焊接尺寸，且对原构件影响较小、是最薄弱构件、能立即加固的部位应先进行加固。
（5）增大截面加固结构不宜过多削弱原构件的承载能力：
采用螺栓或高强度螺栓连接时，应选用较小直径的螺栓或高强度螺栓，在保证加固能与原构件共同受力的前提下，尽可能采用高强度螺栓；
采用焊接连接时，应尽量避免垂直于原构件应力方向的焊缝，若无法避免，应采用特殊的技术措施和焊接工艺，确保结构施工的安全；
轻型钢结构中的小角钢、圆钢钢筋不宜在荷载作用下进行焊接，必要时应采取适当措施。严禁在荷载作用下采用焊接加固圆钢拉杆。
（6）增加截面加固结构构件时，应保证钢筋与加固构件可靠配合，截面不变形，板件稳定，施工可能。钢筋的切断位置应尽量减少应力集中，并保证未加固截面在设计荷载作用下处于弹性工作阶段。
（7）对受荷载作用的结构进行加固时，加固工艺应保证因焊接加热、钻孔、扩孔等引起的加固部位截面的削弱效应尽可能小。为此，必须制定详细的加固施工工艺和所需的技术条件，并作为隐蔽工程进行相应的施工验收。
（8）加固受荷载作用的结构构件时，当构件内的公称应力不小于0.3fy，采用焊接加强构件增大截面加固结构构件时，可沿整个长度将加强构件与需加固构件相互压紧；采用20~30mm长间断（300~500mm）焊缝定位焊后，将加强构件从加强构件端部向内侧分段（每段不大于70mm）按要求的连接焊缝依次焊接，各段焊缝应间断焊接。对于有对称成对焊缝的截面，应平行焊接；当有多条焊缝时，应按交错顺序焊接；对于两侧均有加强构件的截面，应先焊受拉侧的加强构件，后焊受压侧的加强构件； 对于一端预埋的受压杆，焊接应从预埋端向另一端进行，若为受拉杆，则应从另一端向预埋端进行焊接。
采用螺栓（或铆钉）连接加固扩大截面时，应在加强板与被加强板相互压紧后，从加固构件尾部向中间逐一打孔并安装螺栓（或铆钉）紧固，以尽量减少加固过程中截面的过度削弱。
(9) 对具有两个以上构件的静定结构（框架、连续梁等）进行增加截面加固时，应先将所有加固构件压型并点焊到位，然后从应力最大的构件开始依次进行加固连接。
钢结构加固详解（三）连接与节点的加固
加固中一般存在两种类型的连接问题：因承载力不足而对原连接进行加固（即连接处的加固，包括节点处的加固）；加固部位与原构件的连接。加固连接及加固部位的连接方法应根据加固的原因、用途、受力状态、构造及施工条件等，并考虑原结构的连接方法确定。可采用铆接、焊接、高强螺栓连接及焊接与高强螺栓混合连接。铆接连接的刚度最小（普通螺栓连接除外），焊接连接刚度大、整体性好，高强螺栓连接介于二者之间。钢筋连接方法的选用必须满足不破坏原结构功能和能参加工作的要求。目前，铆接由于施工复杂已逐渐被淘汰，焊接由于不需要钻孔等工序，往往被优先考虑。但焊接对钢材的材料性能要求最高。 在原始结构数据不完整、材料性质不明确的情况下，必须对焊接加强筋取样重新进行检测，以确保可焊性。
1. 加固原则
（1）钢结构加固连接方法即焊接、铆钉、普通螺栓、高强度螺栓的选用，应根据结构加固的原因、用途、受力状态、构造及施工条件等，并应考虑结构原有的连接方法。
（2）在同一受力位置的连接配筋中，不宜采用刚度差别较大的混合连接方式，如焊缝与铆钉或普通螺栓连接，除非只考虑刚度较大的连接（如焊缝）承受全部力。 如果有依据，可采用焊缝与摩擦型高强螺栓的混合连接。
（3）钢筋连接所用材料应与结构钢材和原连接材料性能相匹配，其技术指标和强度设计值应符合《钢结构设计规范》的规定。
（4）加固受荷载作用下的连接时，特别是采用端部焊缝或螺栓而需拆除原连接，扩大或增加钉孔时，必须采用合理的施工工艺和安全措施，并进行计算，确保结构（包括连接）在加固荷载作用下有足够的承载能力。
2.焊缝缺陷的修复
连接焊缝的缺陷应根据情况采用不同的修复措施。对于焊缝形成不良，可采用下列修复措施：用车削、打磨、铲除或碳弧气刨等方法去除多余的焊缝金属或部分母材，剩余的焊缝金属或母材不应有割口或咬边。去除焊缝不合格部位时，不应过分损伤母材；补焊前应将待焊区域清理干净、干燥；补焊所用的焊条直径应略小，一般不大于4mm；选择合适的焊接规格。
当焊缝处或焊缝热影响区内出现裂纹时，必须及时进行修补。对于承受静荷载的实梁，若实梁与翼缘连接的焊缝处出现裂纹，可沿焊缝裂纹边界向两个方向延伸50mm，用碳弧气刨等方法将焊缝金属或部分母材刨掉，然后选择正确的焊接规范和焊接材料，并采取预热、控制层间温度、后加热等工艺措施进行补焊。此外，还可采用补焊短斜板的方法进行加固。斜板的长度应超出裂纹范围，超出的距离不应小于斜板的宽度。此时，焊缝中的裂纹不必清除，但应在裂纹两端钻止裂孔，防止裂纹进一步扩展。
修复夹渣缺陷时，一般用碳弧气刨，清除缺陷焊缝金属，重新焊补。对焊缝结核的修复，一般用打磨的方法打磨平整。超过规定限度的气孔必须刨掉，重新焊补。超过标准的未焊透缺陷应予以消除。消除方法一般是用碳弧气刨，将缺陷焊缝刨掉，用手工焊重新焊补。对于承受静载荷的结构，如果焊缝中的这些缺陷在使用后没有造成严重损坏，可以不进行修复。
3. 焊接连接的补强
焊接加固一般适用于以下几种情况：一是原结构采用焊缝连接，或原结构未采用焊缝连接，但加固中允许使用焊缝；二是采用焊接较为方便。焊接加固应首先考虑增加焊缝长度，再考虑增加焊脚尺寸，或同时增加焊脚长度和尺寸，或增加独立的新焊缝。（图1）为节点焊缝加固示例。
当腹杆与节点板仅采用侧面焊缝连接时，可增加一端焊缝（图1a）。若增加端焊缝不够，可增加原焊缝（增加焊脚尺寸）。但焊脚增高只能在一定限度内，角钢腿尖端焊缝最大不得超过角钢厚度，角钢腿后部焊缝最大不得超过角钢厚度的1.2倍（图1b）。当增加焊脚尺寸有困难时，可在增加节点板的基础上，按（图1c）方法加长焊缝。焊接构件角焊缝的加长，也可采用短斜板辅助加长，如（图2）所示，比增加节点板简单得多。
新增角焊缝的长度、焊脚尺寸或焊层厚度应根据连接结构加固前后设计应力变化的差异，并考虑原连接实际可能承载能力确定。计算时应重新对焊缝应力进行分析，并考虑加固前后焊缝接头工作及应力状态的变化。
焊接连接可在无荷载或有荷载状态下采用电焊连接。在完全无荷载状态下加固时，焊缝强度计算与设计时相同，可按现行《钢结构设计规范》计算。在有荷载状态下采用焊缝加固时，其承载力计算如下：
采用焊缝加固受力结构时，应尽量避免焊缝长度与受力方向垂直的横向焊缝，否则应采取特殊的技术措施和焊接工艺，确保结构施工安全。
采用增加受荷载的非横向焊缝长度加固焊接连接时，原焊缝中的应力不得超过焊缝的强度设计值。加固部位及其相邻截面的最大初始公称应力，对只承受静荷载或间接承受动荷载的结构，不得超过0.55fy。对直接承受动荷载或振动荷载的结构，不得超过0.4fy。焊接所用焊条直径不宜大于4mm，焊接电流不宜超过220A，每条焊缝的焊脚尺寸不宜大于4mm。若计算高度超过4mm，宜逐层施焊；待前一道焊缝温度冷却到100℃以下后，方可施焊下一道焊缝。对长度小于200mm的焊缝，当增加长度时，第一道焊缝应从原焊缝终点以外至少20mm处进行返修。 加固前后的焊缝可认为受到共同的力。
当焊缝有加强筋时，其承载力也可采用下列方法计算：
4.螺栓、铆钉连接的加固
焊接时退出工作的焊接长度表铆钉连接节点不宜采用焊接加固，因为焊接的热过程会使附近的铆钉松动，工作性能变差；另外焊接连接比铆钉连接刚性大，两者受力不协调。另外，铆接钢材的焊接性往往较差，容易产生微裂纹。铆钉连接仍可用铆钉连接或铆钉更换加固，但铆接施工复杂，会造成相邻完整铆钉的受力性能减弱（因为新铆钉压得太紧，影响相邻的完整铆钉）。结果，
加固铆钉连接的最佳方法是采用高强度螺栓，它不仅简化了施工，而且比铆钉工作可靠得多，还可以提高连接刚度和疲劳强度。
当结构连接的铆钉部分更换为摩擦型高强度螺栓，形成高强度螺栓与铆钉混合连接时，应考虑原铆钉连接的受力状况，为保证连接应力的均匀性，应将缺陷铆钉与相应的无缺陷铆钉一并更换。当摩擦型高强度螺栓与铆钉混合使用时，其承载力按共同作用考虑。
当原有螺栓松动、损坏或连接强度不足，需更换或增设时，应首先考虑采用同直径的高强度螺栓。其次，若钢材的焊接性满足要求，也可采用焊接。对于直接承受动荷载的结构，高强度螺栓宜采用摩擦螺栓。
用高强度螺栓更换缺陷螺栓或铆钉时，可选用比原钻孔直径小1-3mm的高强度螺栓，当承载力不能满足要求时，可在满足强度和结构要求的前提下，将螺栓孔直径扩大，螺栓直径可增加一个等级。
对受荷载结构进行加固，拆除原有螺栓、铆钉或增、扩大钉孔时，除应设计计算结构原有构件和钢筋的承载力外，还必须对板的净截面强度进行验算。
采用焊接加固普通螺栓或铆钉连接时，在不考虑两个连接件的接头作用时，应计算焊缝所承受的总力，但不应拆除原连接件。
当采用焊缝与高强螺栓混合连接时，新增焊缝承载力与原高强螺栓承载力之比应大于或等于0.5，连接内力可由高强螺栓与焊缝共同承受，其承载力可按下列公式计算，取较小值。
5.钢筋连接
为加固结构而添加的板材（钢筋）不仅要具有足够的设计承载力和刚度，还必须与加固结构有可靠的连接，以保证二者很好地协同工作。
钢筋与加固结构之间的连接应根据设计受力要求计算并考虑结构和施工条件后确定。对于轴向受力构件，可按下式计算；对于受弯构件，应按可能产生的最大设计剪力计算；对于压弯构件，可按上述两者中较大值计算。
当仅增加中间支撑构件（点）以减少受压构件的自由长度进行加固时，支撑杆件（点）与加固构件之间的连接力可按下式计算，式中At为原构件的截面面积。
加固部位的焊缝、螺栓、铆钉等连接的计算，可按《钢结构设计规范》的规定进行。但计算时，角焊缝的强度设计值应乘以0.85，其他强度设计值或承载力设计值应乘以0.95的折减系数。例如，单角钢单面连接，角焊缝强度设计值应乘以系数0.85x0.85=0.72。
6.结构及施工要求
（1）加强焊接连接时，新增焊缝应尽可能布置在原构件应力集中最小的截面处，并远离变截面、缺口、加劲肋等部位；焊缝应与所受力方向对称，避免交叉；新增的对接焊缝与原构件加劲肋、角焊缝、变截面等部位的距离不宜小于100mm；每条焊缝之间的距离不宜小于加强板厚度的4.5倍。
（2）当焊接双角钢和角板圆角焊缝以进行钢筋（如图3所示）时，应从角钢的一端的一端的尖端1开始，然后将相同角度钢的另一端2的尖端焊接到另一端2的尖端，然后将焊缝3和4焊缝3和4的焊缝焊接到5、6，6，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，8，均方根。
（3）当使用盖板增强受动态载荷约束的组件时，应在盖板的末端采用平滑的过渡结构措施，以最大程度地减少应力浓度并焊接残留应力。
（4）通过摩擦类型连接的板连接的接触表面处理高强度螺栓应按照设计要求和设计钢结构的设计代码的规定，如果无法满足钢结构构建质量，则应与摩擦表面的抗滑动结构质量。
（5）在有效的高焊接技术水平的焊接中，焊接的焊接必须不超过30mm，当厚度不得低于30mm时，应低于0°C时。
