結構加固分析的案例
鋼架結構計算及加固方案分析 ￥15
<p class="ql-align-justify"> 本項目是一臺設備鋼架的結構復核和加固計算，鋼架加固的難點在于，1、<span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(64, 64, 64);">老舊鋼架因改造或損傷導致原有傳力路徑改變，需通過有限元模型（FEM）逆向推演。2、實際支座（如鉸接、滑動支座）與理論假設不符，可能引發應力集中或失穩。3、梁柱節點因加固板焊接的失效，導致剛度突變，可能引發脆性破壞。基于以上特點，鋼架結構加固的本質是“在約束條件下重構力學平衡”，需綜合計算精度、施工工藝、成本控制的矛盾。</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(64, 64, 64);"> 以下為本項目案例，對加固措施的結果驗算</span></p><p>1、 結構設計信息</p><p>結構類型：無側移鋼框架</p><p>設計分析軟件：midas Gen</p><p>設計規范：</p><p>1. 《建筑荷載設計規范》（GB 50009）</p><p>2. 《鋼結構設計標準》（GB 50017）</p><p>3.
展開 對某除塵設備進行有限元熱力分析，使用ABAQUS對整體結構強度及熱膨脹變形值進行分析，指導結構加固及膨脹節選型 ￥15
煙道結構
煙道壁厚5mm，圖1為煙道結構及其支座示意圖、除塵器支座設置示意圖。
圖1 袋除塵煙道結構及其支座、除塵器支座設置示意圖
建立模型
由于進氣煙道與殼體之間沒有膨脹節，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經過計算滿足要求，本模型無需建立加強筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設置有膨脹節，故單獨建立出氣煙道模型，如圖3所示。
圖2 建立進氣煙道及除塵器殼體幾何模型
圖3 建立出氣煙道幾何模型
約束條件
進氣煙道支座及除塵器支座約束如圖4所示，其中標記的為固定約束，未標記的除塵器支座及煙道支座均為滑動約束。出氣煙道支座約束如圖5所示。
圖4 進氣煙道及除塵器支座約束
圖5 進出氣煙道支座約束
載荷：
（1）自重；
（2）經過多次計算后得出的進氣煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-15000N，FY=8000N，FZ=-15000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖6所示。
圖6 進氣煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
（3）經過多次計算后得出的煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-33000N，FY=18000N，FZ=-33000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖7所示。
展開 袋除塵器鋼架和灰斗結構加固計算及有限元分析 ￥15
某項目袋除塵器鋼架和灰斗經結構鑒定和荷載分析后提出局部增強與補強思路（適用于局部強度或剛度不足）
針對鋼架局部增加鋼板或型鋼加強筋
適用對象：主要針對鋼架梁柱的局部變形或應力集中區域。
具體做法：對于鋼架的梁、柱，可在其翼緣或腹板處焊接角鋼、槽鋼等作為加強筋，形成“桁架”或“框架”效應，有效提高抗彎和抗扭剛度。
優點：針對性強，施工相對簡單快捷。
缺點：可能增加少量重量，需注意焊接工藝防止產生新的應力集中。
針對灰斗增設掛板或內部支撐
灰斗的掉落往往是由于灰斗板與灰斗梁之間的角焊縫焊接不牢固或長期運行后有脫焊現象，使灰斗無法承擔設計盛灰量，從而發生事故。而灰斗掛板正是為了增加灰斗板與灰斗梁焊縫強度的作用，往往是進行改造（特別是電改袋）常用的灰斗加固方式。
適用對象：大尺寸灰斗側板鼓脹、鋼架局部失穩。
具體做法：在灰斗內部兩個對立側板之間焊接型鋼（如工字鋼、H型鋼）作為水平或豎向支撐桿，將板面承受的荷載轉化為支撐桿的軸向力
優點：能有效抑制板面變形，提高穩定性，效果顯著。
缺點：可能對灰料流動產生輕微影響，需注意防磨和防積灰設計。
（1）鋼支架加固
由于除塵器鋼支架的橫梁、縱梁及柱間斜撐的選型均為20#工字鋼，經計算第一層5.7m長橫梁的應力比超限、第二層橫梁的長細比超限，因此需要對該兩層橫梁（20#工字鋼）進行加固計算。
圖1 20#工字鋼加固方案
第一層5.7m長橫梁的組合應力比為1.17，原20#工字鋼的強軸慣性矩Iy= 23686112mm4，Wx=236861mm3，加固后強軸抗彎模量Wx需大于236861×1.17=277127mm3。
展開 土木工程設計中結構與地基如何加固？
1
土木工程設計中
結構加固技術應用分析
綜合以往土木工程建設實例，土木工程結構加固技術應用設計中容易在鋼筋混凝土設置、鋼筋混凝土結構的設計機理和方式選擇、鋼筋混凝土結構優劣勢分析等方面出現差錯，導致土木工程建設中結構加固技術應用不佳。為了建成高質量的土木工程，在具體進行工程結構加固技術應用設計中，尤為注意強化以上幾方面。
01 鋼筋混凝土分析
鋼筋混凝土的設置
鋼筋混凝土是由鋼筋與混凝土組成的，混凝土與鋼筋質量高低、性能好壞等方面均會影響鋼筋混凝土的應用性。為了提高鋼筋混凝土的應用性，在設計工作中應當充分說明鋼筋混凝土的配置要求，即混凝土配置方面，保證骨料、水泥、碎石等混凝土原材料符合施工要求;按照工程建設要求，計算混凝土原材料配置比;根據混凝土應用強度等相關要求，說明混凝土振搗要求，如振搗力度、振搗時間、振搗方式等。
展開 
土木工程設計中結構與地基如何加固？
此種情況下，進行土木工程建設，需要加強土木工程設計，尤其是結構與地基加固技術的應用，這可以為后續科學、合理的運用結構與地基加固技術進行土木工程建設奠定基礎。基于此點，本文將重點分析土木工程設計中結構與地基加固技術的應用，希望對于高質量建成土木工程有所作用。
土木工程設計中
結構加固技術應用分析
綜合以往土木工程建設實例，土木工程結構加固技術應用設計中容易在鋼筋混凝土設置、鋼筋混凝土結構的設計機理和方式選擇、鋼筋混凝土結構優劣勢分析等方面出現差錯，導致土木工程建設中結構加固技術應用不佳。為了建成高質量的土木工程，在具體進行工程結構加固技術應用設計中，尤為注意強化以上幾方面。
01 鋼筋混凝土分析
鋼筋混凝土的設置
鋼筋混凝土是由鋼筋與混凝土組成的，混凝土與鋼筋質量高低、性能好壞等方面均會影響鋼筋混凝土的應用性。
展開 某鋼結構構筑物檢測鑒定和加固設計
二、加固方案
1. 鋼支架部分加固方案
對于鋼支架部分的加固，整體思路上采用增大截面法，尤其要注意的是：
(1)鋼結構增大截面法不同于混凝土結構，存在負荷加固還是卸載加固之分，當鋼結構在負荷時進行增大截面焊接，會產生應力滯后現象。
(2)鋼框架在整體計算時要注意判別是有側移還是無側移框架。不同的判定設置會導致鋼構件穩定性驗算結果天差地別。
(3)注意區分支撐是單拉桿還是拉壓桿。
支撐背部貼焊槽鋼
工字鋼新增焊板形成箱型鋼
2. 灰斗部分加固方案
針對應力計算不足的橫肋，采用增大截面法，具體做法詳見下圖：
在Midas Gen中該加固構件輸入的具體截面尺寸如下：
上翼緣考慮灰斗壁板的貢獻作用，下翼緣寬度考慮角鋼和原槽鋼翼緣長度之和，腹板厚度仍取原槽鋼厚度。
1.5倍儲灰梁單元應力云圖
1.5倍儲灰板單元應力云圖
考慮到灰斗四個角部位置有弧形加強板、包角鋼板加強措施，且剔除有限元計算在角部的應力集中畸變，經計算后滿足要求。
三、總結
結構工程師在既有建筑結構鑒定、加固領域的工作模式有別于傳統的設計院或施工單位的做法。在此情況下，結構工程師不能僅作為流水線作業中的一環，或者單純地按照圖紙進行施工和組織生產，而是必須扮演結合規范、力學理論以及現場操作環境等多重因素的綜合性結構工程技術服務人員的角色。
文章：結構重光
展開 加固設計如何保證結構穩定？
6.外加混凝土構造柱、圈梁等提高結構整體性加固措施時，須確定砂漿強度等級不低于M5。
結構抗震驗算
1.結合地震作用、重力代表值、地震影響系數、地震作用效應組合等情況，對建筑進行抗震驗算，根據設防烈度進行審核，同時還需審核整體建筑是否滿足原有使用功能。
2.對于僅進行抗震加固或局部改造的建筑可不進行抗震變形驗算，如進行了加層改造，則必須進行抗震變形驗算。
3.對于結構加固后設計使用年限不超過25年的建筑，承載力抗震調整系數可按規范規定值的0.85倍取值。
4.加固后的結構剛度和重力代表值變化分別小于10％和5％時，可不計入地震作用變化的影響；如改變了原有結構體系，則必須按加固后的實際情況進行結構整體抗震復核計算。
展開 房屋裂縫應怎么進行結構加固處理？
針對上文所說的鋼筋混凝土結構裂縫，可通過結構加固措施來確保建筑結構后續安全使用，依據《混凝土結構加固技術規范》，混凝土結構加固方法有：加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法、改變結構傳力加固法、外部粘鋼加固法、碳纖維布加固法等。
此外，以下房屋情況也應及時進行房屋結構加固措施：
原有的建筑物使用功能改變，部分結構構件需要進行結構加固處理；
原有的建筑物在屋頂或室內加層，因荷載增加，相關的結構部件需要進行結構加固處理；
建筑物內原有的部件妨礙使用，需要拆除，原結構的傳力途徑發生變化，需要進行結構加固處理；
建筑物內新增機電設備、電梯、扶梯等，設備基礎為止荷載增加，需要進行結構加固處理；
電梯、樓梯平面位置發生變化，原有樓梯拆除，封樓板洞口、新開洞口均需要進行結構加固處理；
在建工程由于設計變更或施工錯誤，局部位置的拆除改造等均需要進行結構加固處理；
原有建筑物超期服役，但又沒有條件拆除重建的建筑物，結構主體需要進行結構加固處理。
總而言之，建筑結構產生結構裂縫時，應及時針對結構進行房屋可靠性排查鑒定；若需進行結構加固措施，應根據加固方案并結合施工環境及條件考慮更適當的結構加固施工方法及合理的構造措施。
展開 結構加固，為什么一直強調安全性鑒定？
工程結構加固，拋開前期的設計、后期的施工不談，加固所用材料同樣也是重要的一環。加固行業發展至今，已經逐步趨于規范化，針對加固設計，我們有混凝土結構加固設計規范；針對加固施工，有建筑結構加固工程施工質量驗收規范；而對于加固材料，則必須遵守工程結構加固材料安全性鑒定技術規范。
事實上，僅從加固材料這一角度談起，無論是上述任何規范，都對其有多方面的要求。安全性鑒定，被稱為加固材料中最嚴格的規范，也受到各方人員的強烈關注，而今，更是成為加固材料是否能被允許使用的重要前提。之所以安全性鑒定會有如此重要的作用，離不開它在多方面起到的作用。
力學性能
相對于其他兩本規范來說，安全性鑒定為加固材料提供了更全面的力學性能保障。對于如今我們經常采用的纖維復合材，安全性鑒定不僅僅像加固設計規范中，只規定了強度的標準值，而是從不同的角度，全面、豐富的對材料的安全性能進行了充分的考慮。
對于纖維復合材來說，安全性鑒定不僅關注其抗拉強度標準值，同時對于伸長率、彈性模量等在加固中影響較大的參數也進行了規定。其中，最直觀能讓我們體會到安全性鑒定作用的是：它在纖維復合材與基材正拉粘結強度的要求中強調基材內聚破壞，并通過基材內聚破壞證明纖維復合材能夠與基材完美粘接，形成復合構件共同受力，這是纖維復合材能夠起到加固效果的根本保障。
除此之外，安全性鑒定對膠體也有很大的影響，直觀的就是設計年限之間的區別。
展開 離散元對加固尾砂在干濕循環作用下的細觀力學分析
圖2 尾砂應力柱狀圖
Fig.2 Tailings stress histogram
由圖2可知,在圍壓為100、200和300 kPa的條件下,7次循環后加固尾砂峰值應力分別是原狀尾砂的1.76、1.56和1.46倍。
通過分析不同干濕循環次數下加固尾砂應力變化,發現相同次數下的加固尾砂與原狀尾砂相比,力學性能得到大幅提升,抵抗干濕循環作用能力更強,雖然加固尾砂的應力峰值在干濕循環作用下呈下降趨勢,但是在經歷7次循環后,其應力峰值依舊高于原狀未循環尾砂。
2.2 模擬分析
為了更好地了解干濕循環對加固尾砂微觀結構變換影響規律,在簡單物理實驗基礎上,結合離散元軟件PFC2D進行分析。根據真實尾砂試樣尺寸進行建模,尾砂加固體模型邊界尺寸為高 H=80.0 mm、寬B=39.1 mm,軟件會根據輸入的建模數據建立好模型邊界,并根據試樣面積、顆粒直徑和顆粒級配分布概率,在模型邊界均勻的隨機生成若干顆粒。在模型顆粒生成之后,賦予模型參數(見表2),施加膠結,生成模型和膠結如圖3所示。
圖3 尾砂模型
Fig.3 Tailings model
表2 模型建立參數
Table 2 Model establishment parameters
2.2.1 模型誤差分析
利用PFC2D調整不同參數,以此對經歷了不同循環次數加固尾砂進行三軸剪切試驗模擬,并得出各狀態下的應力峰值。并通過模擬得出的數據與實際三軸試驗數據相比較,以實際試驗數據為基準,得出數值模擬與實際試驗數據之間的誤差,如表3所示。模擬選用圍壓為100 kPa時的尾砂模型為主要研究對象。
展開 某設備灰斗變形，經加固計算分析，實施后運行良好 ￥15
<p class="ql-align-center"><br></p><p> 某項目設備灰斗在盛灰下出現灰斗筋變形過大問題，灰斗不能繼續盛灰，出現安全風險，經現場勘察反饋，該灰斗板上無豎向筋設置，特別是在一側大面積灰斗板處，該處變形特別嚴重，針對該情況，提出增加豎向加強筋的加固方案，并且內部增加支撐桿，通過該加固方案，經現場處理后，該灰斗滿足日常儲灰要求，沒有出現變形過大情況，以下為該次加固方案的有限元分析過程。</p><p>1、 <strong>工況參數</strong></p><p>灰密度：0.7t/m^3； 煙氣溫度：150℃</p><p>積灰高度：1/2灰斗高（按業主方儲灰要求）</p><p>設備耐壓：6000Pa</p><p>2、 <strong>模型</strong></p><p>加固方案如圖1所示，根據灰斗圖紙及加固方案建立模型如圖2所示。模型包含灰斗本體、內部支撐及導流板。
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壓型板承載壓力升高后的有限元加固方案分析 ￥20
1、 項目簡介
該袋除塵項目已設計完成，設備殼體板采用輕量化結構，結構形式為壓型板，生產圖紙已到加工廠，業主單位臨時發函提高了設計參數，殼體設計壓力由原始-8000Pa變更為-10000Pa，設備承壓的變大對原始設計的壓型板結構提出了挑戰，經初步核算，原設計壓型板結構不滿足承壓-10000Pa條件，此時應盡快提出整改方案。經過討論，對整改方案提出三種措施，一是最簡單，直接增加壓型板板厚；二是在原始壓型板上按不同間距增加角鋼進行加固；二是直接更改壓型板的波形深度。三種方案各有利弊，方案一操作簡單，但增加成本大；方案二操作相對簡單，但預期可能增加成本較多，方案三操作復雜，需調整現有壓型機模具，加工周期變長，但增加成本可控。
針對以上兩種方案，使用Abaqus有限元進行分析，在保證設備滿足承壓條件下，兼具時間和經濟性給出最終方案。
2、 殼體側板結構示意圖
圖1 側板單室尺寸 圖2 壓型板圖
3、 受力條件
原始承壓按-8000Pa復核，加固方案按-10000Pa進行校核；
外部風載荷按500Pa；
4、 約束
頂部方管、左右方管立柱均按固定約束、底部型鋼兩端固定約束
5、 建模
圖3建立模型
6、 定義材料屬性
密度：7.85*10-9t/mm3；鋼材150℃下的彈性模量為193640N/m2；泊松比：0.3。
展開 3D抗滑樁加固土坡穩定性分析
3D抗滑樁加固土坡穩定性分析.rar
抗滑樁加固土坡穩定性分析
1、有一無限長的土質邊坡采用抗滑樁加固，坡高10.0m，坡角為1:1.5，樁位置距離坡角為10.5m,樁長為15.5m,樁徑0.8m，樁間距4D為3.2m，樁端距離土體底部2.0m。
分析中土體采用理想線彈塑性Mohr-Coulomb模型，樁為彈塑性材料，參數如下：
圖1 模型參數圖
圖1 三維有限元模型構建
表1 有限元參數表
2、圖形繪制
（1）先繪制35.0*1.6m，拉伸長度為20，再剪切出土坡的形狀和樁的控位。
（2）土體摩擦角為55.46度，黏聚力為40Kpa，強度折減系數為0.5；
（3）裝配、分析步
靜力分析，初始增量步設置為0.1；非對稱分析，
（4）定義接觸
樁周、樁端法相接觸表面硬接觸，摩擦系數為0.51；
（5）定義載荷、邊界條件
荷載模型，限定模型左右兩面上x向的位移，限定前后兩面上y向的位移和底部三方向的位移。
圖2 邊界條件圖示
（6）劃分網格
網格劃分在part的層面上進行的。
（7）選擇C3D8（八節點六面體單元），Approximate global size設置為0.5，土與樁接觸的邊上設置為8個種子；
圖3 網格劃分圖示
（8）結果分析
樁前土體在樁頂以下范圍約4倍樁徑下，脫開變形，樁后土體與樁之間大部分都處于閉合狀態。
展開 基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
1. 研究背景
隨著我國經濟實力快速發展與國家競爭力迅速提高，尤其是‘一帶一路’倡議與‘海洋開發戰略’實施，我國基礎設施建設正逐步沖破東部地區的狹長地帶，不斷擴展至更加廣闊的海洋與西部地區。混凝土結構作為土木工程中最常用的結構形式，在房屋建筑、橋梁、隧道、礦井、水利、海港等工程中的應用非常廣泛。據統計，2020年我國高速鐵路里程將達到3萬km，水力發電將達到3.2x108kW，高速公路將達到7萬km，核電裝機容量將達到5800kW。混凝土材料與結構是這些重大基礎設施的主體，圖1中列出國內幾項重大基礎設施項目的混凝土總用量[1,2]。
圖1 國內部分大型工程混凝土用量 （單位:m3）
但重點基礎設施向海洋、西部拓展，海洋的波浪、潮汐、鹽霧，加之高溫（冰凍）、高濕環境；西部的干熱、干冷，多風環境，尤其是海洋和西部鹽漬土地區高濃度的氯離子與硫酸根離子的腐蝕作用（圖2），對重大基礎設施鋼筋混凝土結構的可靠性和耐久性提出了嚴峻的挑戰。這就對混凝土材料的性能提出更高的要求，同時也迫切需要找到一種新材料來延長混凝土材料和結構的長期耐久性。
鋼筋混凝土結構常暴露在各種環境下，會導致材料性能逐漸發生衰退。從圖2中可以看到，混凝土橋墩的劣化現象已經非常嚴重，亟需對其進行加固改造或拆除重建。碳纖維增強聚合物復合材料（CFRP）的出現，為實現混凝土在惡劣環境下的長期耐久性提供一種新的思路。目前，CFRP對既有混凝土結構工程的修復加固已成為建設領域中的重要組成部分。
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