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外包型钢加固的协同工作系数如何确定?
发布时间:2025-12-22 09:28:35| 浏览次数:

外包型钢加固的协同工作系数是反映型钢与原结构共同受力性能的关键参数,其确定需结合理论分析、试验研究及工程经验,具体方法如下:

一、协同工作系数的定义与作用

协同工作系数(通常记为ψ)表示型钢与原结构(如混凝土、砌体)在受力过程中实际协同工作的程度,取值范围为0.7~0.9。其作用在于修正型钢单独承载力计算值,以更贴近实际加固结构的受力状态。例如:

  • 若ψ=0.8,表示型钢与原结构共同承担荷载时,型钢实际发挥的承载力为其单独计算值的80%,其余20%由原结构承担或因连接缺陷损失。

二、确定协同工作系数的核心方法

1. 理论计算法(规范参考)

根据《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)及《钢结构加固设计标准》(GB51367-2019),协同工作系数可通过以下公式估算:
ψ = 1 - (δ₁ + δ₂)
其中:

  • δ₁‌:型钢与原结构间的滑移变形系数,与连接方式(如焊接、螺栓连接、结构胶粘贴)相关;

  • δ₂‌:原结构材料性能退化系数,与混凝土强度、钢筋锈蚀率或砌体砂浆强度相关。

典型取值参考‌:

连接方式

δ₁取值范围

原结构状况

δ₂取值范围

ψ综合取值范围






焊接连接

0.05~0.10

混凝土强度≥C30

0.05~0.15

0.75~0.90

高强结构胶粘贴

0.10~0.15

钢筋锈蚀率<5%

0.10~0.20

0.70~0.85

螺栓连接

0.15~0.20

砌体砂浆强度≥M5

0.15~0.25

0.65~0.80

2. 试验标定法(高精度场景)

通过足尺模型试验或构件加载试验,直接测量型钢与原结构的应变分布,计算协同工作系数:
ψ = (ε_s实际 / ε_s理论) × (ε_c实际 / ε_c理论)
其中:

  • ε_s实际‌、‌ε_c实际‌:型钢与原结构在荷载作用下的实测应变;

  • ε_s理论‌、‌ε_c理论‌:型钢与原结构按弹性理论计算的应变。

案例‌:某实验柱采用外包角钢加固后,在轴向荷载作用下测得型钢应变ε_s实际为理论值的85%,混凝土应变ε_c实际为理论值的90%,则协同工作系数ψ=0.85×0.90=‌0.765‌。

3. 工程类比法(经验参考)

参考类似工程案例的协同工作系数取值,结合以下因素调整:

  • 结构类型‌:混凝土柱、梁的ψ值通常高于砌体结构(因混凝土与钢材弹性模量更接近);

  • 环境条件‌:高温、高湿或腐蚀性环境可能降低ψ值(如沿海地区ψ取低值);

  • 施工质量‌:型钢与原结构接触面处理粗糙、结构胶涂抹不均匀时,ψ值降低10%~20%。

案例‌:某沿海厂房柱加固工程,因环境湿度>85%,参考类似项目将ψ值从0.85调整为‌0.75‌。

三、协同工作系数的动态调整

  1. 加载阶段调整‌:

    • 短期荷载(如施工荷载)下,ψ值可取高值(如0.85~0.90);

    • 长期荷载(如设备运行荷载)下,需考虑材料蠕变,ψ值降低5%~10%。

  2. 损伤演化调整‌:

    • 若原结构裂缝在加固后继续扩展(如宽度从2mm增至3mm),需重新评估ψ值(通常降低10%~15%)。

四、实施建议

  1. 关键工程优先试验‌:对重要结构(如医院、学校)或复杂环境(如高腐蚀、高地震烈度区),建议通过试验标定ψ值;

  2. 施工过程监控‌:加固过程中埋设应变计,实时监测型钢与原结构的应变比,验证ψ值合理性;

  3. 规范取值保守原则‌:若无试验数据,ψ值宜按规范下限取值(如焊接连接取0.75),确保安全储备。

示例‌:某桥梁梁体采用外包型钢加固,原结构为C40混凝土,型钢与梁底采用高强结构胶粘贴,施工环境湿度70%。根据规范:

  • δ₁(结构胶粘贴)=0.12;

  • δ₂(混凝土强度C40)=0.10;

  • 初步计算ψ=1-(0.12+0.10)=0.78。
    结合工程类比(类似项目ψ=0.75~0.80),最终取ψ=‌0.78‌,并埋设应变计验证。



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