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1 - 提供背景
我国“十四五”规划对城市更新提出了要求，特别强调更新过程中不能全部拆除重建。由于我国依靠土地红利支撑城镇化的发展模式有限，未来对旧建筑的加固改造项目将会越来越多。
在建筑结构加固改造工程中，会涉及到结构尺寸、材料强度、结构形式、使用荷载、规格要求等的变化。本文重点分享钢筋带来的截面性能变化（如采用增加截面的方法、外包钢的方法、粘贴的方法等）在软件实现和细节上的变化。
GB 50367-2013《混凝土结构加固设计规范》第3.2.2条第6款规定：验算结构及构件的承载力时，原结构在加固时的实际受力情况钢结构截面特性软件计算器，包括应变的影响应考虑加强部分的滞后。以及加固部分与原结构共同作用的程度（《钢结构加固设计标准》GB 51367-2019也有相同规定）。 《混凝土结构加固设计规范》和《钢结构加固设计标准》的计算公式中，需要综合考虑加固前后的内力值、截面性能和材料性能。
接下来，我们将重点分享使用midas Gen进行结构加固时如何更高效、合理地计算加固前后的内力、变形和应力结果，并就典型问题进行交流。本文介绍的方法可适用于所有涉及截面性质变化的加固工程（包括增加截面法、外包钢法、粘贴法等），
（使用midas Civil的步骤类似）
2——核心实现思路
施工阶段分析+施工阶段接头剖面
施工阶段分析可以实现结构构件、荷载、截面、材料、边界等各种变化引起的结构内力、变形、反力等随时间的变化；
施工阶段联合断面可以实现一个断面不同区域的功能在不同施工阶段被激活。
图1 定义施工阶段菜单 图2 施工阶段连接部分
三、具体实施步骤
1）模型建立
下图中的模型就是一个例子。材质为C40。柱截面为700×700。加固前梁截面为800×400。梁采用增加截面的方法进行加固。加固后梁尺寸为1000×600。高度为3m。荷载为加固前梁上的均匀恒荷载为3kN/m。加固过程中的施工活荷载和加固后的活荷载均认为3.5kN/m均匀分布在梁上（以上数值仅供说明）。
图3 模型示意图
建模核心点1：柱材料和截面建模照常，梁材料和截面建模如下：
梁材料定义为复合材料，材料属性中选择None，参数手动输入；
将梁截面定义为组合截面，根据加固后与加固前截面变化的差异输入参数。本例中，加固前为800×400，外包加固后为1000×600，因此采用钢箱混凝土截面，输入H、B进行加固。背部尺寸； tw和tf输入加固前后的尺寸差，均为0.1m（如果只增加下面的截面尺寸，可以考虑输入tf2增加尺寸值，tw和tf1输入较小的值，例如1mm） ，因为在材料属性转换时本例使用与原结构相同的材料，所以填写1。如果钢筋材料发生变化，则需要手动计算并输入。
建模核心点2：荷载类型中，如果模型在施工阶段施加荷载（如自重、恒载、施工活荷载），建议在定义荷载工况类型时选择施工阶段荷载。
图 4 材料、截面和载荷工况的定义
2）定义结构组、荷载组和边界组
由于使用了施工阶段分析功能，因此需要在模型中定义结构组、边界组和荷载组。本项目采用一次性施工模拟，因此只需为结构组和边界组定义一个组即可。必须考虑加固前后的荷载组。负载不同后，定义两组。
定义组后，使用拖放功能将所有组件拖放到结构组中，并将所有边界拖放到边界组中。拖放功能不能直接用于荷载组。您需要在加载定义菜单和加载表菜单中修改组。
图5 定义组并分配组属性
图6 通过表修改荷载组
3）定义施工阶段
执行：加载→施工阶段→定义施工阶段，添加加固前和加固后施工阶段。预加固施工阶段，激活时添加所有结构组和边界组，荷载仅激活预加固荷载组；
在后加固施工阶段，只需在荷载组中激活添加后加固荷载组即可。
图 7 定义施工阶段
4）通过施工阶段的接缝断面考虑不同阶段的加固断面尺寸不同
执行方式：加载→施工阶段→施工阶段组合断面。选择需要加固的部分（本例中为1号部分）后钢结构截面特性软件计算器，定义下面不同区域的材料和激活阶段。本例中采用的是增加截面法。图中下面的区域1是添加强化的区域，所以是在强化后阶段激活的。材料为2号混凝土材料C40，加固后罩面阶段。区域2是加固前的部分。需要在预强化阶段激活。那么材料是2号，混凝土材料C40，在叠加阶段选择加固前。
图 8 施工阶段定义接缝截面
5）设置施工阶段控制数据
执行：分析→构建阶段，定义构建阶段控制数据。本例中不考虑混凝土收缩和徐变，可使用默认属性。
这里需要注意的是，施工阶段控制数据中的施工阶段分析结果中与恒载分离的荷载条件区分了施工阶段恒载和活载。软件在荷载组合中可以考虑施工阶段的恒载和活载。荷载子因子有不同，本菜单不考虑使用阶段的荷载（如使用阶段的活荷载、风荷载、地震荷载等）。也就是说，在施工阶段激活的荷载中，如果荷载组合时添加到该菜单的荷载为图10中的活荷载（CS），则此处未添加的荷载为静荷载（CS）。本例中，为了比较施工活荷载与使用活荷载的差异，在施工阶段考虑与使用阶段活荷载相同的施工活荷载，将施工活荷载已添加。
图 9 定义施工阶段控制数据 图 10 荷载组合区分施工恒载和活载选项
6) 分析和定义荷载组合
进行分析；
执行结果→荷载组合，生成荷载组合，荷载组合括号中ST与CS的区别：ST为静载工况，CS为施工阶段激活的荷载，其中静载（CS）与活载的区别负载（CS）如步骤 5 所示。
本例中，由于使用阶段没有考虑施工阶段的活荷载，如果进行使用阶段验证，则需要将活荷载下的系数（CS）修改为0，并保留是否进行施工工艺验证。
图 11 定义荷载组合
7) 查看结果
根据步骤6定义荷载组合后，可以考虑加固前后不同的截面尺寸、结构、边界和荷载，并按照规范实现荷载组合。用户可以直接使用组合变形、反作用力、内力和应力进行后续验证。后续验证可以使用Gen或其他软件进行设计和验证。
图12 查看内力图结果
3 - 问题
1）这个操作是否经过验证，是否可靠？
为了验证这种方法的结果是否符合预期，我们做了一个比较模型来进行以下比较：
一个。将根据梁在恒载（不考虑自重）作用下的800×400截面建立的模型与施工阶段分析时加固前的模型结果进行比较，比较分析结果是否符合至施工阶段与静力分析结果一致；
无论施工结果如何，加固前的结果均以施工阶段为准。
图13 施工阶段考虑与不考虑结果对比
结论：结果一致
b.比较梁1000×600模型在恒载作用下（不考虑自重）与施工阶段加固后的模型结果是否一致；
根据梁1000×600活载弯矩图得到加固后模型弯矩图
图14 加固后模型弯矩对比
加固后弯矩为16kN·m，无施工恒载为8.58 kN·m，活载为7.42 kN·m，16=8.58+7.42。
结论：结果一致
2）关于结构的自重，增加截面会导致自重增加，但自重是在加固前的施工阶段激活的。加固后阶段是否需要再次激活自重，以考虑截面增加带来的自重变化？
Gen 软件自动考虑因横截面增加而导致的自重增加。只要第一阶段激活了自重负载，后续阶段就不能（不是不使用，而是不能）再次激活自重负载。如果再次激活自重载荷，会导致重复计算。
3) 本例使用相同的材料。如果采用钢筋缠绕的方法或者粘贴钢板或复合材料，如何才能实现增强材料与原材料的不同呢？
当加固前的构件与加固后的构件材料不同时，也可采用该方法。关键思想是：
一个。要定义材料，您需要定义复合材料、预增强材料和增强材料。例如，外包钢筋时，需要分别定义复合材料、混凝土和钢材，并在施工阶段选择节点截面不同部位的激活阶段和材料；
b.定义截面时，使用组合截面定义，需要在数据库中选择材质转换比例；
图15 施工阶段接缝断面及材料转换
4）如果数据库中没有加固断面，是否可以在施工阶段使用节点断面来实现？
能。对于数据库中没有的节，如果想对原来的节进行加固和添加节，可以在数据库中找到原来的节和添加的节的指定定义。
如果数据库没有提供，可以使用工具→截面特征计算器定义不同区域的截面并导入Gen截面（具体操作步骤本文不解释，可以百度，查看“结构帮助”或联系我们的员工）。
图 16 任意部分设计器定义
定义完成后，加入到构建阶段的联合截面菜单中。选择关节形式：用户，定义位置编号数量：2，然后选择不同位置的材料和叠加阶段，在右侧的刚度中选择不同位置对应的截面。完成。
图17 施工阶段的接缝剖面定义了不同区域的属性
将使用该函数叠加的截面属性与组合截面中定义的截面属性进行比较，截面属性相同，说明使用该函数是可行的。
图18 施工阶段节点截面刚度与组合截面刚度对比
【本期结束】
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