钢结构加固设计标准 [附条文说明] GB51367-2019 建标库

10  预应力加固法

10.1  一般规定

10.1.1  钢结构体系或构件的加固可采用预应力加固法。

10.1.2  加固钢结构、构件的预应力构件,可采用中、高强度的钢丝、钢绞线、钢拉杆、钢棒、钢带或型钢,亦可采用碳纤维棒或碳纤维带,但应根据实际加固条件通过构造和计算进行选择;所选材料的性能应符合本标准第4章的规定。

10.1.3  钢结构预应力加固设计,宜根据被加固结构、构件的实际受力状况、构造和使用环境确定预应力构件的布置、锚固节点构造以及张拉方式。施加预应力的技术方案及预应力大小的确定,应遵守结构或构件的卸载效应大于结构或构件的增载效应的原则。

10.1.4  采用预应力对钢结构进行整体加固时,可通过张拉加固索、调整支座位置及临时支撑卸载等方法施加预应力。

10.1.5  采用预应力加固钢结构构件时,可选择下列方法:

    1  对正截面受弯承载力不足的梁、板构件,可采用预应力水平拉杆进行加固,亦可采用下撑式预应力拉杆进行加固。若工程需要且构造条件允许,尚可同时采用水平拉杆和下撑式拉杆进行加固。

    2  对受压承载力不足的轴心受压柱、小偏心受压柱以及弯矩变号的大偏心受压柱,可采用双侧预应力撑杆进行加固;若偏心受压柱的弯矩不变号,亦可采用单侧预应力撑杆进行加固。

    3  对桁架中承载力不足的轴心受拉构件和偏心受拉构件,可采用预应力杆件进行加固。

10.1.6  采用预应力加固钢结构、构件时,结构的计算模型应根据加固后的结构体系及构件受力方式建立,并应考虑结构抗震要求、非线性效应以及原结构缺陷、损伤和变形的影响。

10.1.7  采用预应力加固的钢结构构件,除应根据设计状况进行承载能力验算及正常使用极限状态验算外,尚应对施工阶段进行验算。当原结构上既有荷载较小或尚未施加时,加固所用预应力大小不应在施工阶段导致原梁发生局部或整体失稳。

10.1.8  预应力加固钢结构的设计验算,应计入预应力的作用效应,预应力的作用效应属永久荷载效应,并应考虑预应力施加的张拉系数、预应力损失系数的影响。

10.1.9  预应力加固后的钢结构构件和节点,应按下式进行承载能力极限状态验算:

    式中:γpi——预应力作用分项系数,当预应力作用效应对结构有利时取1.0,不利时取1.2;

          γT——张拉系数;

          Spi——预应力标准值效应。

10.1.10  结构构件的预应力张拉系数γT,应分别按下列规定确定:

    1  当杆件内荷载产生的应力与预应力同号时,或两者反号但预应力大于荷载应力时,γT应取1.1;

    2  当杆件内荷载产生的应力大于预应力且符号相反时,γT应取0.9;

    3  当可用有效手段直接监测得到预应力值时,γT应取1.0。

10.1.11  预应力构件的张拉控制应力值σcon应符合下列规定:

    1  消除应力钢丝、钢绞线的张拉控制应力,应按下式计算:

    2  中强度预应力钢丝的张拉控制应力,应按下式计算:

    3  预应力钢筋、钢带或钢棒的张拉控制应力,应按下式计算:

    4  预应力碳纤维棒或碳纤维板的张拉控制应力,应按下式计算:

    式中:fptk——预应力构件钢丝、钢绞线的极限强度标准值(MPa);

          fpyk——预应力钢筋、钢带或钢棒的屈服强度标准值(MPa);

          ff——预应力碳纤维棒或碳纤维板的强度设计值(MPa)。

    5  钢绞线、消除应力钢丝、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值σcon不应小于0.4fptk;预应力钢筋、钢带或钢棒的张拉控制应力值σcon不宜小于0.5fpyk

10.1.12  计算预应力构件的预应力损失时,应考虑下列影响因素:

    1  锚具变形、预应力索的回缩及滑移;

    2  预应力索张拉端锚口摩擦和转向装置处的摩擦;

    3  预应力索的应力松弛;

    4  温度的影响。

10.1.13  预应力索因锚具变形、索身回缩及滑移的预应力损失Fm,可按下式计算:

    式中:Aa——预应力拉索横截面积(mm2);

          Ea——预应力拉索弹性模量(MPa);

          l——预应力拉索长度(mm);

          △a——锚具变形、回缩及滑移总量(mm)。

10.1.14  预应力索的应力松弛损失Fs,可按下列规定计算:

    1  钢绞线、消除应力钢丝的应力松弛损失应符合下列规定:

     1)普通松弛时,可按下式计算:

     2)低松弛,当σcon≤0.7fptk时,可按下式计算:

     3)低松弛,当0.7fptk≤σcon<0.8fptk时,可按下式计算:

    式中:fptk——预应力索极限强度标准值(MPa)。

    2  中强度预应力钢丝Fs应取0.08σcon

    3  预应力钢棒、钢带、碳纤维棒或碳纤维板只应取0.03σcon

    4  当σcon/fptk≤0.5时,预应力构件的应力松弛损失值可忽略不计。

10.1.15  预应力加固钢结构抗震设计验算的阻尼比,弹性分析宜取0.02,弹塑性分析宜取0.05。

10.1.16  预应力加固钢结构在施加预应力后,结构或构件的反向变形不应超过其原荷载标准组合下的挠度。

10.1.17  加固钢结构或钢构件的预应力构件,在使用荷载作用下应不松弛或张力大于零,并应满足稳定性要求。

10.1.18  被加固的钢结构或构件以及用于加固的预应力构件,在正常工作状态的荷载作用下,均应处于弹性工作状态。

10.1.19  用于加固的预应力高强度钢索的设计应力,承重索不宜大于索材极限抗拉强度的40%;稳定索不宜大于索材极限抗拉强度的55%。

10.1.20  钢构件预应力输入端节点局部区域的零部件,应采用合理的计算方法进行验算。

10.1.21  采用本标准加固方法新增的预应力拉杆、撑杆、缀板以及各种紧固件和锚固件,均应进行防腐蚀处理。

10.1.22  当被加固构件表面有防火要求时,应按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016规定的耐火等级及耐火极限要求,对预应力构件及其连接进行防护。