论工程施工中行车引起的结构加固问题范文

摘要：以某实际工程项目为例，分析了屋面行车过程中，汽车吊自重的荷载分布情况。通过盈建科软件计算车辆自重下结构的内力分布，通过对构件进行承载力校核验算，找出承载力不足的钢梁构件。依据内力结果进行相应的结构加固研究。

关键词：加固；碳纤维；钢筋混凝土结构；钢结构

复合材料加固具有施工方便，形状适应性较强，强度较大，防水防腐蚀效果较好的优势，成为加固新的发展趋势［1］。结构加固是一件综合性较强的工程，需要考虑多种因素，整体进行加固的设计与施工［2］。在进行结构设计的过程中，需要考虑安全因素、经济因素、社会影响因素以及业主要求等［3］。

1项目背景

项目建筑为钢筋混凝土裙楼结构，部分屋盖主梁构件为钢梁。在实际施工过程中出于拆除塔吊的需要，需要在屋面上行驶汽车吊，而原结构设计中没有考虑到这种情况，因此需要对结构进行结构验算进而开展加固处理工作，从而满足塔吊拆除施工的正常需求。针对汽车吊行驶过程，该文对结构进行了有限元的计算校核，并采用CFRP加固的方法对493号钢梁进行了加固处理。

2结构建模处理分析

2．1结构模型处理

此结构为钢筋混凝土裙楼结构，在使用盈建科建模之前，对结构的变形缝进行了统计整理，并且认为在变形缝处，相邻部位之间彼此脱开独立。当遇到变形缝的位置，变形缝相对分析位置以外的部分不进行建模。

2．2荷载的统计及加载

在汽车吊行驶过程中，由于车辆自重较大，轮胎接触楼板会对楼板产生较大的集中力，楼板配筋较小，无法满足承载力的要求，故采用铺垫覆土及路基箱的方式，将汽车吊的荷载传导至梁上，从而对楼板起到保护作用。在模拟行车过程中，选取六个位置作为汽车吊停车时的位置，并进行相应的内力计算。路基箱自重均布荷载为4．17kN／m2。认为汽车吊荷载为宽度为6m的均布荷载，其中后轴荷载作用长度为2m，大小为10．5kN／m，中轴荷载为12．25kN／m，前轮荷载作用长度为2m，大小为7．875kN／m。

3结构承载力验算

经验算，汽车吊行走路线中钢梁区域需进行加固处理，汽车吊起吊支撑部位混凝土梁局部需进行加固处理。论文针对汽车吊行走过程对钢梁进行分析。

3．1结构计算的内力分布

采用盈建科软件对结构进行建模，由内力计算结果可知，出现最大剪力及弯矩的构件为493号钢梁，最大弯矩为642kN•m，最大剪力为－305．6kN，最大挠度为46．49mm。493号梁钢梁截面为700×300×25×250×18×14mm，接下来从强度、刚度、稳定性三个角度对构件进行可靠性验算。

3．2钢梁构件的承载力验算

3．2．1稳定性验算在该结构各钢梁截面中，由于混凝土板对H型钢的上翼缘的约束作用，因此不存在整体失稳问题。由钢结构设计规范［4］可知，当腹板高厚比满足h0／tw≤80×槡235／fy时。则可不考虑腹板局部稳定问题，可不设置横向加劲肋。在该结构各钢梁截面中，最大高厚比为46，小于上式中的高厚比要求，因此构件腹板满足局部稳定要求。3．2．2钢梁抗弯强度验算钢梁截面面积A＝2．12×10－2m2，梁跨度为17．26m，由截面信息，对X轴求惯性矩，其值为1．67×10－3m4，中和轴以下部分净截面对中和轴的净截面模量为W1x＝5．47×10－3m3，中和轴以上部分净截面对中和轴的净截面模量为W2x＝4．21×10－3m3，则截面的净截面模量Wnx＝9．68×10－3m3，查阅钢结构设计规范，可知该截面塑形发展系数γx为1．05。则由钢结构设计规范可知，钢梁的抗弯承载力Mu＝γx×Wnx×f，代入数据可得，该构件抗弯承载力为1727．8kN•m。由内力计算结果可知，最大弯矩为642kN•m，故构件满足抗弯承载力的要求。3．2．3钢梁抗剪承载力的验算对截面进行中和轴计算可知，a＝304．5mm，即中和轴距离截面下边缘304．5mm。则中和轴以下部分对中和轴的面积矩为S＝2．24×10－3m3，则由钢结构设计规范可得，构件的抗剪承载力VQ＝fvItw／s，带入数据计算得，VQ＝1774．3kN，即钢梁的最大抗剪承载力为1774．3kN。由内力计算结果可知，493号钢梁最大剪力为－305．6kN，因此，该构件满足抗剪承载力的要求。3．2．4钢梁挠度验算该构件在结构中为主梁，因此最大挠度容许限值应满足l／400，该构件长度为17．25m．故最大挠度容许限值为43．13mm。由盈建科计算结果可知，构件最大挠度为46．49mm，超出了容许限值，需做加固处理。

4钢梁构件的CFRP加固

采用CFRP板材粘贴在梁下翼缘外边缘，从而增大了截面的惯性矩，起到了加固作用，具体设计分析如下：设粘贴的碳纤维板材厚度为t，宽度与下翼缘宽度等宽。由钢结构设计规范公式，计算结果见表1。由试算结果可知，当粘贴碳纤维板材厚度为20mm时，在行车过程中产生的挠度为45．12mm，不满足最大挠度容许限值；当粘贴碳纤维板材厚度为25mm时，挠度结果为43．19mm，不满足规范要求；当粘贴碳纤维板材厚度为30mm时，挠度结果为41．55mm，小于最大挠度容许限值，满足规范要求。由于附加了汽车吊行走荷载，对钢梁的下翼缘粘贴高强Ⅱ号CFRP条形板（碳纤维板材）补强加固。且结构处于施工尚未交付阶段，构件在此阶段初始应变较小，在此情况下，不考虑二次受力情况。对于钢结构的加固，由于汽车吊在屋面上行驶会产生较大的压力，考虑到汽车吊行车过程中，部分位置会有较大的局部压力的存在，故在腹板双侧按构造要求设置横向加劲肋。加固设计方案如图1所示。经实际工程验证，当钢梁进行了碳纤维的加固处理后，在汽车吊行驶过程及起吊过程中，钢梁的挠度均满足设计规范要求，因此认为加固的设计方案是有效合理的。碳纤维加固施工过程简单，施工效率较高，且对周围环境影响较小，满足该工程对进度及质量的要求。

参考文献

［1］张凤翻．混凝土结构加固修补用片材的选材和使用［J］．建筑学报，2001，31（3）：6－15．

［2］江学良，杨慧，孟茁超，等．FRP在土木工程结构加固应用中的研究进展［J］．科技导报，2010（18）：111－117．

［3］王旭．CFRP加固钢结构的力学性能分析［D］．吉林：吉林建筑大学，2015．

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部．GB50017—2017．钢结构设计标准［S］．中国建筑工业出版社，2017．

作者：袁巍巍 李保德 单位：武汉理工大学土木工程与建筑学院