单层厂房钢梁腹板的检测加固

单层厂房钢梁腹板的检测加固

刘曙光1，高立堂1，潘江威1，董克伟2

（1.青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033；

2.冠鲁建设股份有限公司，山东临沂276000）

摘 要：针对现有钢结构检测加固技术现状作了简明的阐述，并以某单层工业厂房为实例，对其钢梁腹板厚度较小这一问题，通过现场检测分析，提出了增加横向加劲肋的加固方法，既保证了结构的安全，又减少了加固费用。

关键词：钢梁腹板；检测验算；加固设计

随着现代社会经济水平的高速发展，高层、超高层、大跨度及空间结构日渐增多，钢结构由于其重量轻、强度高、制作与安装简便等优异性能，使其在这些领域中得到广泛的应用。但与此同时，国内各地也发生着许多不同类型、不同程度的钢结构工程事故。为避免不必要的人员伤亡和社会经济损失，必须加强钢结构的核查、检测，针对检测出的问题及时采取相应措施，保证结构的功能性及安全性。

1 工程概况

某工程位于山东省青岛市，抗震等级为四级，地震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，安全等级为二级，环境类别为二a类。该工程为单层钢结构工业厂房，长为198.1 m，宽120 m。平面布置为双轴对称，共22跨，每跨布置16榀钢梁，钢梁平面及剖面布置如图1，钢材选用Q345钢，屈服强度fy= 345 MPa，抗剪强度设计值fv=180 MPa，抗弯、抗拉和抗压强度设计值f=310 MPa。

图1 钢梁布置

2 钢梁检测与验算

2.1 钢梁的检测

（1）对钢梁截面尺寸进行测量：通过游标卡尺对钢梁腹板高度、厚度，翼缘的宽度、厚度进行测量，除腹板厚度未按设计要求施工，其余尺寸均满足要求。

（2）对钢梁焊缝、锈蚀情况进行检测：焊缝长度及尺寸符合设计要求，焊缝表观质量较好，未发现焊缝表面有裂纹、焊瘤等。

（3）对钢梁材料强度进行检测：现场采用里氏硬度计对钢梁进行表面硬度测试，测量结果满足有关Q345级钢强度的要求。

2.2 钢梁承载力的验算

针对腹板厚度不满足设计要求的检查结果，参考设计单位提供的设计计算书，对钢梁进行承载力验算。依据GB 50017—2003《钢结构设计规范》［1］，在主平面内受弯的实腹构件抗剪强度应按下式计算：

式中：V为计算截面沿腹板平面作用的剪力；S为计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；I为毛截面惯性矩；tw为腹板厚度；fv为钢材抗剪强度设计值。

依据GB 50017—2003腹板高厚比限值为经上述验算，钢梁抗剪强度满足规范要求，腹板高厚比超出规范限值，计算结果见表2。

表2 钢梁验算结果

钢梁编号截面尺寸/mm抗剪强度/MPa高厚比h0/tw19.0497.6＞66.03 GL4h0=976 tw=10 b=20026.3397.6＞66.03 GL6h0=972 tw=10 b=24025.4497.2＞66.03 GL10h0=972 tw=10 b=24025.1597.2＞66.03 GL12h0=972 tw=10 b=24020.9297.2＞66.03 GL13h0=976 tw=10 b=20017.3297.6＞66.03 GL14h0=972 tw=10 b=24014.3697.2＞66.03 GL15h0=972 tw=10 b=24020.2897.2＞66.03 GL16h0=972 tw=10 b=240 GL1h0=976 tw=10 b=200 13.5597.2＞66.03

3 钢结构加固设计基本原则

（1）对原有结构材料、结构体系及结构缺陷和损伤等要有系统而全面的了解，为加固方案的确定打好基础；

（2）结构加固方案要确保技术的可行性、经济的合理性、施工的方便，以及尽量减少对周围环境、建筑的影响。

（3）加固设计应与实际施工方法结合，保证新增构件与原结构可靠连接，形成整体，尽量避免或减小对原构件的拆除和损伤，尽量不改动原有结构的承载力。

（4）在加固实施过程中，要实时进行实际结构的检查，随时消除隐患，从而最大限度的保证结构的加固效果及安全可靠性。

4 钢梁腹板的加固设计

H型钢在设计中腹板远没有翼缘对抵抗矩贡献大［2］，故在工程设计中腹板可以做得很薄，以获得更好的经济效果，但腹板太薄容易丧失局部稳定；钢结构截面厚度若比设计截面厚度偏小，将在很大程度上影响构件荷载的承载力，乃至整个钢结构的安全。通过对该厂房钢梁的承载力进行验算发现，钢梁腹板的高厚比超出规范要求，即腹板太薄，存在安全隐患。为保证厂房能够顺利投入使用，需对钢梁腹板进行专业的加固设计。

4.1 钢结构加固设计方法

目前，钢结构的加固设计方法主要有三种：卸荷法，即采用轻质材料代替原有材料或其他减轻荷载的方法（如在屋架下弦杆处增设临时支柱或组成撑杆式结构的方法卸荷）；改变结构的静力计算简图，即通过某种措施使结构的内力进行重新分布，改变原结构中的应力，从而改善被加固构件受力状况的方法（如增设支撑以增加构件刚度，或改变外荷载的分布形式、传力途径等等）；截面补强法，即在构件局部或构件全长范围内进行钢材补强，形成整体共同受力［3］。

4.2 钢梁腹板的加固

4.2.1 横向加劲肋的设计

考虑到该单层钢结构厂房已施工完毕，应尽量减小或者避免对原有构件的拆除和损伤。同时结合“钢规”：当高厚比时，应配置横向加劲肋；横向加劲肋可抵抗因剪切应力引起的腹板局部失稳，可以解决腹板因高厚比超限引起的局部失稳问题。故综合上述因素，该次钢梁的加固采用截面补强法，即设横向加劲肋的方法。

依据“钢规”，横向加劲肋的间距a应满足的条件为：0.5h0≤a≤2h0，该工程钢梁腹板计算高度取976 mm，即488 mm≤a≤1 952 mm。若加劲肋设置过密会在施焊时产生焊缝应力，影响构件强度，故综合上述因素取a=1 200 mm（见图2）。

图2 横向加劲肋配置

依据GB 50017—2003横向加劲肋截面尺寸应符合下列要求：外伸宽度需满足+ 40，厚度需满足（t为加劲肋的厚度），

s委托范围内钢梁的横向加劲肋配置截面（bs× ts）见表3。

依据GB 50017—2003，焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角，当切成斜角时，其宽度约bs/3（但不大于40 mm），取30 mm；高约bs/2（但不大于60 mm），取50 mm，详见图2。

4.2.2 横向加劲肋的复验

依据GB 50017—2003，仅配置横向加劲肋的腹板，各区格的局部稳定需满足：

式中，σ为所计算腹板区格内，由平均弯矩产生的腹板计算高度边缘的弯曲压应力；τ为所计算腹板区格内，由平均剪力产生的腹板平均剪应力；σc为腹板计算高度边缘的局部压应力；σcr、τcr、σc，cr为各种应力单独作用下的临界应力。

表3 横向加劲肋配置及验算

钢梁编号腹板局部稳定验算横向加劲肋配置截面90×10 GL40.68＜1满足规范要求90×10 GL60.56＜1满足规范要求100×10 GL100.54＜1满足规范要求100×10 GL120.47＜1满足规范要求100×10 GL130.38＜1满足规范要求100×10 GL140.01＜1满足规范要求100×10 GL150.39＜1满足规范要求100×10 GL160.07＜1满足规范要求/mm GL10.35＜1满足规范要求100×10

经过验算，增加横向加劲肋后的钢梁腹板各区格的局部稳定性满足设计要求，且经过再次进厂检测加固情况，横向加劲肋尺寸及焊缝符合要求，经鉴定可以投入使用。该方法操作简单，可靠性强，修复费用相对较少，在实际工程中值得借鉴。

5 钢结构加固施工注意事项

（1）施工之前必须先熟悉加固设计方案，合理制定施工方案和焊接工艺，之后才可施工。

（2）加固施工前应对钢梁腹板表面的涂层打磨掉，对加固件加劲肋表面进行防锈处理。

（3）构件加固时，必须保证结构的稳定，事先检查各连接点是否牢固，对于加固时可能出现倾斜、失稳等，在加固施工前，应采取临时安全措施，必要时可先加固连接点或增设临时以撑，待加固完毕后再行拆除。

（4）采用焊缝连接时，加固连接所用材料应与结构钢材和原有连接材料的性质匹配；必须由高焊接技术级别的焊工施焊；施焊镇静钢板的厚度不大于30 mm时，环境空气温度不应低于-15℃，当厚度超过30 mm时，温度不应低于0℃［3］。

（5）加固件与被加固件应先点焊固定，后从两端向中间施焊，横向加劲肋的焊缝应饱满、连续，焊缝表面无裂纹、焊瘤、气孔等缺陷。

6 结 语

对于建筑钢结构的检测鉴定，其可以从根源上判定构件的承载力或安全性，针对危险构件可在投入使用前提早采取加固措施，从而最大限度的减轻了不必要的人员伤亡和社会经济损失。然而钢结构的检测鉴定、加固设计及安全性能的评定是一项复杂而全面的工作，我们要理论和实践相结合，针对不同的情况采用合理的加固措施。

参考文献：

［1］GB 50017—2003钢结构设计规范［S］.

［2］陈绍蕃.钢结构设计原理［M］.北京：科学出版社，1998：155-163.

［3］CECS 77：96钢结构加固技术规范［S］.

Testing and reinforcement of steel beam web plate for a single-story plant building

Liu Shuguang1，Gao Litang1，Pan Jiangwei1，Dong Kewei2
（School of Civil Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao 266033，Shandong；2.Guanlu Construction Co.，Ltd，Linyi 276000，Shandong）

Abstract：The present situation of testing and reinforcement technology of steel structure is described briefly，and with a single-story industrial workshop as an example，in view of the problem of small steel beam web thickness，through site testing analysis，it is put forward that the horizontal ribbed stiffener should be added for reinforcement，thus the structure safety is ensured and the maintenance cost is reduced.

Key words：steel beam web plate；testing calculation；reinforcement design

中图分类号：TU 391

文献标识码：B

文章编号：1673-8993（2016）04-0044-03

doi：10.13402/j.gcjs.2016.04.009

收稿日期：2016-02-15

作者简介：刘曙光（1990-），女，硕士研究生。