[发明专利]一种加固钢构件方法及其构造

说明书

技术领域

本发明涉及钢结构加固领域，特别是涉及具有初始弯曲、局部屈曲、残余应力的受压构件的加固。 

背景技术

现役钢结构建筑由于设计、制造、施工、使用及环境等因素的影响，钢结构局部构件出现了缺陷和损伤，比如锈蚀、局部屈曲及挠度过大等，给整体结构的使用带来了严重的安全隐患。对于钢结构构件加固，加固的方法包括： 

1、截面补强法：在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力。传统的截面补强方法多采用焊接型钢或者钢板，焊接时高温作用使焊接部位的组织及性能劣化产生温度应力、存在焊接缺陷、残余应力，相较于普通构件更容易导致开裂，并且裂缝一旦扩展，就有可能一断到底，引发重大事故。采用螺栓连接需要在损伤部位附近的钢材上开孔，削弱了截面，形成新的应力集中区；普通螺栓在动载作用下易松动，高强螺栓易发生应力松弛现象，降低了结构的修补效果；补板与原结构仅在螺栓连接点处紧密结合，很难达到理想的补强加固效果， 

2、改变计算简图：增设附加支承，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强迫位移，降低应力峰值等；此方法对结构的使用功能有所限制，影响原结构的受力情况，需对整体结构重新计算，施工过程复杂。 

3、预应力拉索法：利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度；此方法与改变计算简图法有很多相似之处，对结构的适用功能有限制，影响原结构的受力情况，需对整体结构重新计算，而且此方法对原结构的要求较改变计算简图法更为苛刻，施工更加复杂，对操作者的技术要求很高。 

发明内容

本发明相较于已有的钢构件加固方法是一种加固原理上的革新，现有加固方法主要从两种思路切入，要么是加大构件横截面或者降低构件在结构体系中承载的力；而本发明是在充分利用材料强度方面切入，通过防止核心构件屈曲来增加对材料强度的利用。 

钢材的力学物理特性是在材料达到屈服强度前，应力与应变呈正比，即弹性；在材料达到屈服强度后，在应力保持基本不变的情况下应变可以有明显的增加，即塑性。钢材的力学物理特性还有一个显著的特点是在材料三维单一方向受力，其余两个方向无约束时(即单向受力状态)的屈服强度要低于另外两个方向有约束时(即三向受力状态)的屈服强度。现有的加固方法加固的构件在达到极限承载力时构件截面的应变应力满足平截面假定，材料处于单项受力状态，截面材料仅部分边缘区域达到屈服强度，其余均处于弹性阶段，对材料的塑性强度利用很少，截面对材料强度利用的平均水平普遍低于50％的材料屈服强度；而本发明方法加固后的构件在达到极限承载力时，由于可以有效约束构件局部平面外变形和构件整体的弯曲变形，材料处于三项受力状态，截面材料已有大部分处于塑性阶段，甚至进入全截面塑性，可以充分的利用材料屈服强度。 

为此，本发明给出的技术方案为： 

一种加固钢构件构造，其特征在于，包括需加固的核心构件、固体块材与外包的具有较高受拉强度的柔性材料。所述需加固的核心构件可以具有初始弯曲、局部屈曲、残余应力等缺陷；所述固体块材的抗弯刚度大于核心构件的抗弯刚度，所述固体块材的厚度大于核心钢构件的截面厚度。所述具有较高受拉强度的柔性材料(如碳纤维布)完整缠绕所述固体块材外围；所述固体块材位于柔性材料与核心构件之间，分别与核心构件具有内接触面，与柔性材料具有外接触面，所述内接触面无粘结，所述外接触面有粘结。 

进一步地，所述柔性材料具有较高的受拉强度，如碳纤维及由各种基体材料和复合方式形成的碳纤维增强复合材料，按一定的缠绕方式完整外包所述核心固体块材。 

进一步地，所述固体块材位于柔性材料与核心构件之间，所述固体块材为可以现浇或预制的具有一定受压强度的固体，如现浇的混凝土砂浆，PVC，预制的加气混泥土砌块等。 

进一步地，需加固的核心构件与固体块材的内接触面无粘结，轴向位移变形相互分离，不能承受剪力；固体块材与外包的具有较高受拉强度的柔性材料的外接触面有粘结，位移变形协调，可以承受一定剪力。 

一种加固钢构件方法，其特征在于，对原核心构件不进行任何卸载和截面削弱的情况下，通过在核心构件外逐层设置固体块材、外包柔性材料来约束原核心 构件的局部平面外变形和构件整体的弯曲变形，使核心构件的材料处于三项受力状态，因此可以通过利用材料的屈服强度和三向受力强度提高核心构件的极限承载力。