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痛定思痛|宿州市立醫院新區鋼結構連廊坍塌事故的思考
2021 / 07 / 27

2020年11月27日宿州市立醫院新區鋼結構連廊坍塌事故雖然已經過去了一個月,但事故的危害仍歷歷在目,事故的警示仍銘記于心。


1、事故分析及解決方案


“知其然知其所以然”,才能更好地解決問題!圖片中我們可以清楚地看見坍塌散落的鋼梁的跨中和兩個端部均沒有明顯的變形,翼緣板和腹板也沒有明顯的翹曲,也就是說鋼梁結構自身并沒有發生塑性變形—即鋼梁沒有達到承載力極限。那么,結構破壞極大概率就是因為連廊鋼梁與混凝土主樓結構的連接節點遭到了極限荷載的破壞,從而喪失了承載力。

那么,當已建成或在建的鋼結構遇到了因上部荷載陡增而導致鋼結構各構件的承載力不足或失效時,有沒有辦法可以解決此問題呢?

答案就是,在基于工程造價最優的考慮下和保證建筑物結構安全的前提下,由建設方、檢測單位及相關部門討論、決議,并進行合規的局部(整體)鋼結構加固。

2、鋼結構加固改造設計流程


鋼結構加固改造設計的基本流程圖

3、常用加固方法


鋼結構加固的主要方法有:改變結構計算圖形、加大原結構構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。

一、改變結構計算圖形

改變結構計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節點性質和邊界條件,增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法。

改變結構計算圖形的一般加固方法:

1.對結構可采用下列增加結構或構件的剛度的方法進行加固:
A、增加支撐形成空間結構并按空間結構驗算;
B、加設支撐增加結構剛度,或者調整結構的自振頻率等以提高結構承載力和改善結構動力特性;
C、增設支撐或輔助桿件使結構的長細比減少以提高其穩定性;
D、在排架結構中重點加強某一列柱的剛度,使之承受大部分水平力,以減輕其它柱列負荷;
E、在塔架等結構中設置拉桿或適度張緊的拉索以加強結構的剛度。

2.對受彎桿件可采用下列改變其截面內力的方法進行加固:
A、改變荷載的分布,例如將一個集中荷載轉化為多個集中荷載;
B、改變端部支承情況,例如變鉸接為剛結;
C、增加中間支座或將簡支結構端部連接成為連續結構;
D、調整連續結構的支座位置;
E、將結構變為撐桿式結構;
F、施加預應力。

3.對桁架可采取下列改變其桿件內力的方法進行加固:
A、增設撐桿變桁架為撐桿式結構;
B、加設預應力拉桿。

二、加大構件截面的加固

采用加大截面加固鋼構件時,所選截面形式應有利于加固技術要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。加固后構件需滿足現行設計標準的安全性、適用性及耐久性。以受彎構件為例,平面內受彎的加固構件,抗彎強度應滿足以下公式:

其中,f為鋼材的抗彎強度設計值(MPa),取截面中最低強度級別鋼材的抗彎強度設計值;
ηm為彎構件加固強度修正系數,對雙側加固按下表取值,對單側加固按下表0.9倍取值。

三、連接的加固與加固件的連接

鋼結構連接方法,即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇,應根據結構需要加固的原因、目的、受力狀況、構造及施工條件,并考慮結構原有的連接方法確定。

鋼結構加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接,有依據時亦可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接。當采用焊縫連接時,應采用經評定認可的焊接工藝及連接材料。

四、裂紋的修復與加固

結構因荷載反復作用及材料選擇、構造、制造、施工安裝不當等產生具有擴展性或脆斷傾向性裂紋損傷時,應設法修復。在修復前,必須分析產生裂紋的原因及其影響的嚴重性,有針對性地采取改善結構實際工作或進行加固的措施,對不宜采用修復加固的構件,應予拆除更換。


鋼結構加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復雜,需要設計人員根據專家鑒定結論、相關規范標準(《鋼結構加固設計標準》(GB51367-2019))及業主要求綜合考量。


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