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一、总则
1.可采用预应力加固方法来加固钢结构体系或构件。
2.加固钢结构及构件的预应力构件可采用中、高强度钢丝、钢绞线、钢棒、钢筋、钢带或型钢制成,也可采用碳纤维棒或碳纤维带,但应根据实际加固情况,经施工计算选用,所选材料的性能应符合本标准第4章的规定。
3、钢结构预应力加固设计,应根据加固结构、构件的实际受力情况、构造及使用环境,确定预应力构件的布置方式、锚固节点结构及张拉方法。施加预应力的技术方案和预应力大小的确定,应遵循结构或构件的卸载效应大于结构或构件的加载效应的原则。
4.采用预应力对钢结构进行整体加固时,可采用张拉钢筋索、调整支撑位置、临时卸载支撑等方式施加预应力。
5、钢结构构件采用预应力加固时,可选用下列方法:
a.对于截面抗弯承载力不足的梁、板,可采用预应力水平拉杆加固,或采用底部支座预应力拉杆加固。如工程需要和结构条件允许,可同时采用水平拉杆和底部支座预应力拉杆加固。
b.对抗压承载力不足的轴心受压柱、小型偏心受压柱、弯矩有变化的大型偏心受压柱,可采用双面预应力压杆加固;当偏心受压柱弯矩不发生符号变化时,也可采用单面预应力压杆加固。
c.对桁架中承载力不足的轴向受拉构件和偏心受拉构件,可采用预应力筋进行加固。
6.钢结构及构件采用预应力加固时,应根据加固结构体系和构件受力方式建立结构的计算模型,并应考虑结构的抗震要求、非线性效应以及原结构的缺陷、损伤和变形的影响。
7.采用预应力加固的钢结构构件,除应按设计条件进行承载力验算和正常使用极限状态验算外,还应在施工阶段进行验算。当原结构现有荷载较小或尚未施加时,加固所用预应力的大小不应在施工阶段造成原梁局部或整体失稳。
8.预应力钢筋结构的设计验算应考虑预应力的影响。预应力的影响为永久荷载影响,还应考虑预应力施加的张拉系数和预应力损失系数的影响。
9.预应力加固后,钢结构构件及节点应按下式进行极限承载力验算:
10.预应力钢结构抗震设计验算的阻尼比,弹性分析时宜取0.02,弹塑性分析时宜取0.05。
11.预应力钢结构施加预应力后,结构或构件的反向变形不应超过原标准荷载组合下的挠度。
12.用于加固钢结构或钢部件的预应力构件在使用荷载下,不应松弛或产生大于零的张力,并应满足稳定性要求。
13.加固钢结构或构件及用于加固的预应力构件在正常工作条件的荷载作用下,应处于弹性工作状态。
14、用于加固的预应力高强钢缆的设计应力,对于承重型缆绳,不宜大于缆绳极限抗拉强度的40%;对于稳定型缆绳,不宜大于缆绳极限抗拉强度的55%。
15.钢构件预应力输入端节点局部区域的构件应采用合理的计算方法进行校核。
16、按本标准加固方法增设的预应力杆、压杆、连接板及各种紧固件、锚固件均应进行防腐处理。
17、当加固构件表面有防火要求时,应按照现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016规定的耐火等级和耐火极限要求对预应力构件及其连接件进行保护。
18.钢结构构件预应力加固方法,既可用于单个钢构件的加固,也可用于连续跨度中同一构件的加固。常用的加固方法应有预应力钢缆加固法、预应力钢缆加压杆加固法(图10.2.1-1)、预应力压杆加拉杆加固法(图10.2.1-2)和钢梁预应力钢缆挂索加固法,可用于钢梁、拱、支架、桁架的加固(图10.2.1-3)。
19、加固所用预应力构件及节点的布置应有明确的传力路径。增强复合材料构件应有清晰的计算图。
20、用于加固钢构件的预应力构件的设置,不应削弱或破坏原构件及其节点,并应根据实际情况采取加固措施。锚固节点的布置,应位于加固构件受力较小的位置。
21、预应力索的转折点或压杆的支点,应位于构件变形较大之处。
22、加固钢构件时采用的预应力构件及节点,应按加固构件的截面对称布置。
23、采用拉杆挂加固方法时,应在拉杆安装后施加一定的预应力,使拉杆始终处于受拉状态。
24.钢筋构件的设计验证,可按照组合构件进行,也可以将组合构件拆分为单个构件,分别验证其承载力和刚度,并应对组合构件的整体变形进行验证。
25.输入预应力的锚固节点处,应对加固构件截面进行加强,并根据实际受力状态对节点面积及其连接进行设计和校核。
26、增设预应力钢筋的节点应进行承载力验算,并应符合构造措施的规定。
27、对于采用预应力高强钢缆增强的轴向拉杆,所需高强钢缆的总截面积可按下式估算:
28.钢结构整体预应力加固方法适用于大跨度、空间结构体系。加固方法宜采用预应力钢缆加固法、预应力钢缆加压杆加固法、预应力钢缆倾斜加固法或索挂加固法(图10.3.1)。
29.结构整体预应力加固所采用的预应力构件及节点,应布置在钢筋结构或结构单元的范围内,并应有明确的传力路径和计算图。
30、预应力索的转折点、锚固节点和支点,应位于原结构的节点或支撑处。
31.结构整体预应力加固的预应力构件宜对称布置。预应力加固的效果应使原结构中大多数杆件的内力减小,少数杆件的内力增大。对于内力增大的杆件,当其内力合计设计值超过构件承载力设计值时,应先加固,再施加预应力。
32、采用预应力钢缆、压杆加固时,同一预应力环索所连接的压杆长度宜相等,或斜索与压杆的夹角宜相等。
33、施加预应力的构件及其锚固节点应对称布置,锚固预应力索的钢构件及其节点不宜承受偏心应力。
34.支撑连接的原结构节点应重新设计,现场增设支撑连接部位时,应采取必要的防护措施,确保原结构的安全。
35.构件、节点极限承载力验算和结构整体承载力验算应包括加固时的预应力状态和加固后的使用状态。结构分析计算时,预应力状态的初始状态应为现有结构的变形状态;使用状态的初始状态应为预应力末端的变形状态。
2. 施工相关要求
1、加固所用的预应力高强钢索应为无节段的连续索,索的转弯处应采用可旋转节点,旋转节点的构造应满足索的最小转弯半径要求。
2、缆索端锚固节点应可靠传力,宜采用预应力损失较小、施工方便的锚具。
3、在索索张拉端节点处及索索在张拉过程中发生滑动的节点处应采取减少摩擦的结构措施。
4.转换装置结构应采取保证预应力杆尺寸平稳过渡的措施。
5.预应力端部节点结构应考虑施加预应力的施工方法及过度张拉的影响。
6、受拉端节点处板的宽厚比或高厚比应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017的规定;支撑的长细比应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017对轴心受压钢筋的规定。
7.对于自由长度较长的预应力缆索,应安装吊索或吊架。
8.预应力支撑加拉杆加固方法中钢结构加固,当支撑采用角钢时钢结构加固,其结构设计应符合下列规定:
a.预应力支撑所用角钢截面尺寸不应小于50mmX50mmX5mm。受压杆肢的两根角钢应采用拉板连接,构成槽形截面。拉板厚度不应小于6mm,宽度不应小于80mm,长度可根据角钢与加固柱之间的间隙确定。相邻拉板间距应保证单根角钢的长细比不大于40。
b.承压端传力结构宜采用传力方式,角钢顶部焊接的传力顶板厚度不宜小于16mm。
9 刚性预应力支撑加固压杆肢的弯曲与复位,应符合下列规定:
a.压杆弯曲前,应在角钢侧肢割开三角形缺口,并在缺口背面焊上加强钢板(图10.4.10);
b.弯曲的压杆肢端应采用工具式紧固螺钉复位,螺钉直径不应小于16mm,螺母高度不应小于螺钉直径的1.5倍。
三、施工设计要求
1、钢结构加固施工前,应提前制定加固施工方案,并编制相应的施工组织设计文件。
2、对确定的加固施工方案应进行数值模拟计算,记录各施工步骤中关键构件的应力、节点位移。
3、进行钢结构加固施工前,应重新测量加固区域内的结构构件及节点,并对加固所用构件及节点进行定位。
4.对于钢筋混凝土结构,应在施加预应力之前对关键构件或过应力构件进行加固。
5、钢结构加固所用的张拉设备及仪器应事先进行校准,应采用专用设备施加预应力,荷载校准值应大于施加张拉值的两倍,施加预应力的偏差不应超过设计值的5%。
6、钢结构加固施工时,预应力张拉顺序应符合设计要求。设计无要求的,由施工方根据结构特点和施工条件制定张拉方案,并经设计方或业主审核同意。
7、张拉钢结构加固施工时,直索可采用一端张拉法,折索应采用两端张拉法。当采用多台千斤顶同时张拉时,应同步加载。
8、钢结构加固施工前应制定施工过程监测控制计划。监测手段应能反映各施工步骤中关键结构参数的数值及变化情况。
9、钢结构加固施工过程中,应按照预定的监测方案对主要构件的内力、变形、位置及变化情况进行实时监测,并与理论计算值进行对比,结构及构件的状况应在预定的控制范围内。