構件加固的案例
案例合集8-加固構件
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【經典案例欣賞16】角鋼骨架加固鋼筋混凝土構件受力分析
項目難點：
1、鋼骨架快速建模；
2、鋼骨架與混凝土界面間的設置；
3、鋼骨架單元類型選取。
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詳解碳纖維布修補砼裂縫
加固工程施工規范中明確規定，對影響結構、構件承載力的裂縫以及地基不均勻沉降引起的裂縫，在進行修補前，應先采取必要的加固措施，消除裂縫起因，迫使裂縫停止發展。
對裂縫的加固措施，要采用修補膠和灌縫膠對裂縫進行灌縫施工。我們都知道，加固施工界面處理工作少不得，此處應注意裂縫腔內粘合面的處理。裂縫腔內粘合面如何處理主要取決于專用修補膠產品的設計及施工條件，因此應按產品使用說明書嚴格執行。若該產品中使用說明書不涉及界面處理的相關技術，這個時候就要考慮是否采用它了。
為防止裂縫進一步發展，以及結構內部鋼筋銹蝕，我們采用上述灌縫技術對裂縫進行加固。同時，為了防止裂縫部位應力集中產生破壞，也為了起到防滲的作用，應對加固后的裂縫部位粘貼碳纖維布加固。
碳纖維布有著極高的抗拉強度，采用配套碳纖維膠使其黏貼在混凝土表面，代替裂縫處混凝土結構承受拉力。在修補混凝土裂縫時，所使用的碳纖維布必須與混凝土緊密粘貼，使碳纖維布所受的力傳遞到裂縫周邊混凝土結構上，使其和混凝土結構形成一個整體，從而確保建筑的安全。
為了保證高質量的粘結效果，此處應有兩點要求：
1.所采用的膠粘劑應具有較強的抗剝離能力和很小的收縮性；
2.原構件打磨平整及表面含水率合適。
最后，碳纖維布加固裂縫具有這樣的優勢：碳纖維布重量輕，易施工，基本不增加構件自重；可自由裁切，適用于各種形狀構件；可彎曲纏繞成型，對各類曲面、異型構件加固優勢更為顯著；高強抗拉、抗酸堿腐蝕；環保無毒，居住中可施。
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展開 優秀歷史建筑修繕技術規程
5.1.9 建筑物傾斜變形量超過下列數值時，應對建筑物進行安全驗算，對結構構件的附加彎矩進行復核。并對使用功能產生不良影響進行評價。 一級修繕，建筑總傾斜度大于7?H，層間傾斜度大于8?h ； 二級修繕，建筑總傾斜度大于10?H，層間傾斜度大于11?h ； 三級修繕，建筑總傾斜度大于12?H，層間傾斜度大于13?h 。
注：建筑總傾斜度是指同一方向上的層間傾斜度的矢量和，扣除施工允許誤差，及原設計的收分值。H為建筑總高度，h為層間高度。
5.1.10 房屋的傾斜度小于5.1.9條的臨界值，且房屋的變形穩定，不影響結構整體安全和使用功能時，可不作整體糾偏處理。
5.1.11 對一般常規的結構加固設計，參照相應的結構加固設計規程執行。 5.2 設計質量控制
5.2.1 建筑結構的修繕，應保留建筑的原有結構體系、材料，構造與聯結方式。
5.2.2 對建筑結構構件進行局部加固、補強，應有可靠措施，保證原有結構不受損壞，新舊材料的結合可靠。
5.2.3 構件加固的斷面設計，應考慮應力滯后的影響。
5.2.4 結構構件需加固、改動或置換時，應采取有效的卸載措施，減少對相關構件的影響，必要時，應對相關結構的影響進行復核、驗算。
5.2.5 修繕設計應采用相應的措施，提高整體性和抗震能力，并應符合下列要求： 1、剛度和承載力的分布合理，避免因局部削弱或突變，形成薄弱部位，產生過大的應力集中；
2、構件之間節點連接的破損，不應先于其連接的構件；
3、新舊材料的組合構件，應加強聯結錨固措施，避免新材料或聯結措施先破壞； 4、預埋件的破壞不應先于連接件；
展開 
基于內聚力模型的FRP加固RC梁力學仿真分析
相關技術及工程意義
GB50367《混凝土結構加固設計規范》對現有加固設計方法進行了詳細的總結，將其分為直接加固和間接加固，并輔以加固配套技術共同完成結構加固。直接加固技術通過某種措施提高構件的剛度、強度及延性，而間接加固技術通過增設外附構件來提高結構整體剛度、承載力和耗能能力。然而當前加固規范中并未提及低矮、中高層及高層結構中構件的加固原則，也并未明確結構含初始缺陷對結構局部加固的影響。由此可以看出，當前我國混凝土結構加固規范仍停留在構件研究階段。
隨著計算機技術的不斷發展，精細化仿真分析已經滲透入各行各業。本系列案例使用大型通用的有限元軟件Abaqus完成RC梁加固分析，通過與試驗數據進行對比驗證仿真結果的準確性，為工程加固領域進一步探索提供有益參考。
該系列案例共包括：
1）未加固受彎梁力學仿真分析
2）FRP加固受彎梁力學仿真分析
該系列案例通過beam_analysis插件實現RC梁自動化建模、FRP自動化生成、粘結單元自動化生成、數據自動化提取，資源請關注公眾號（有限元與力學）獲取
計算報告編寫參考達索軟件操作案例模式，盡量將整個操作過程展現給瀏覽者。該系列案例希望能在以下幾個方面進行拋磚引玉：
1）FRP加固RC構件力學數值分析方法，該方法可拓展至其他材料、構件或結構；
2）本案例采用beam_analysis插件一鍵對案例1參數化建模，所建模型考慮了箍筋局部加密、約束等設置，用戶僅需劃分網格、設置真實材料參數即可計算，案例2是在案例1基礎上進一步豐富，節省了建模時間成本；
3）本案例采用python代碼一鍵輸出應力、應變、位移數據，簡化了數據提取點歷程輸出設置；
4）本案例采用python代碼通過修改inp文件方式創建FRP殼單元及FRP與混凝土之間內聚力單元，FRP粘貼位置在代碼中不受限制。
2.
展開 案例59-印刷電路板的熱結構分析
厚度為0.042 mm的涂抹加固的截面特性定義如下：
截面積為0.16053 mm2的離散加固的截面特性定義如下：
在選擇適當的基礎SOLID278和MESH200單元后，將創建加強構件（EREINF）并成形（/ESHAPE）：
對于下游結構分析，修改了SOLID278單元（EMODIF）以創建等價SOLID185單元。作為熱結合接觸對的一部分的CONTA174單元也被修改以說明結構解決方案。然后重新選擇增強單元REINF264和REINF265，以實現它們的結構自由度（EREINF）。
材料屬性
以下是22°C下銅、層壓材料和樹脂材料的熱性能和結構材料性能：
邊界條件和加載
穩態熱分析：邊界條件和加載
將內部發熱載荷應用于代表嵌入式銅跡線和通孔的選定MESH200單元組件：
在從MESH200和基礎構件交叉點創建加固（EREINF）后，應用于MESH200的邊界條件被轉移到涂抹加固構件（BFPORT）：
對流邊界條件應用于PCB的頂面和底面：
下游結構分析：邊界條件和加載
PCB的端部受到所有位移自由度的約束（以綠色表示）：
分析和求解控制
該求解包括穩態熱分析和下游結構分析。
在應用熱產生載荷和對流邊界條件后，穩態熱解是直接的。
隨后的結構解涉及從.rth文件（LDREAD）讀取溫度。
通過定義至少五個子步，可以實現大撓度。
位移收斂被啟用，熱流收斂被禁用（CNVTOL）。在求解結構分析之前，取消選擇之前為對流定義的SURF152單元。
結果和討論
在穩態熱分析之后，溫度結果是最重要的。
展開 基于MeshFree的加速踏板拓撲優化
福特汽車也采用拓撲優化設計底盤或部件加強件和胎圈，儀表板，底盤焊點和焊點數，懸掛裝置和其他加固構件。
優化設計應實現產品性能和經濟性，這可以通過對結構的一些部件進行拓撲優化分析來實現。該案例中，將區分需要拓撲優化的部件和不需要拓撲優化的部件。模型文件詳見文末附件。
2.分析類型及CAD導入
① 點擊 [分析類型]
② 點擊 [拓撲優化]
③ 根據下表進行選項設置
④ 點擊 [OK]
⑤ 點擊 [導入CAD]
⑥ 點擊 [plate.X_T]
⑦ 點擊 [打開]
3.定義材料
4.邊界條件
① 點擊 [分析條件]
② 點擊 [約束條件]
③ 選擇4個面，如下圖所示
④ 點擊 [OK]
5.荷載施加
① 點擊 [壓力]
② 選擇6個面，如下圖所示
③ 輸入壓力 10??/????2
④ 點擊 [OK]
6.區分設計部件和非設計部件
① 區分設計部件和非設計部件
② 雙擊分析控制
③ 設置制造條件，如下表所示
④ 點擊 [OK]
⑤ 點擊 [運行分析]
7.優化模型
① 點擊 [優化模型]
② 輸入材料密度0.04
③ 點擊 [體積計算]
④ 查看優化形狀
優化前
優化后
加速踏板拓撲優化.rar
展開 分享：渦激振動VIV
實驗證明，漩渦的發放頻率f可用無量綱參數斯特勞哈爾數St（Strouhal Number）來表示，表達式為：
f=St*V/D
St是構件剖面形狀與雷諾數Re的函數，其定義式為St=D/（V*T）。
其中：V為垂直于構件軸線的速度（m/s）；
D為圓柱直徑或柱體的其他特征長度（m）；
T為相關的特征時間（s）。
目前，主要的研究方法有三種：
1，實驗方法
瀉渦脫落引發的渦激振動是一個多物理場耦合，相互作用的復雜過程。需要具有一套完整物理實驗方案和精密的實驗儀器可以把所有的渦激振動相關機型同步觀測，以測定其聯合效應。物理實驗往往很難同時提供流體的瞬時變化數據。
2，數值方法
振動問題。對于數值模擬方法，按照所使用湍流模型的不同，可以將渦激振動的數值模擬方法分為:直接數值模擬方法，雷諾平均N-S方程法，大渦模擬法，渦元法，還有基于上述各種方法的綜合。按照模擬方式的不同又可以分為基于彈性支撐的剛體二維模擬，基于彈性體二維渦元模擬和三維結構插值積分的離散渦元法模擬，以及對于彈性體完全使用三維模型的全流域模擬等等
3，半經驗公式
半經驗公式主要有尾流陣子，單自由度模型，流體力組分模型。
4，流固耦合數值計算軟件
Ansys+CFX
Fluent+Abaqus
Adina
COMSOL Multiphysics(FEMLAB)
假若構件的自振頻率與漩渦的發放頻率相接近就會使結構發生共振破壞，這種現象容易發生在高聳結構物上，因此這種渦激振動是極其有害的，需采取措施阻止它的發生。一般可采取兩方面措施：一是對于構件進行剛性加固，或者增大尺度提高其剛度，改變構件的自振頻率，避免它與漩渦發放頻率相接近；二是想辦法改變構件后的尾流場，破壞尾流場漩渦的規律性泄放，如在結構上安裝螺旋線立板和改變結構截面形狀等。
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 房屋裂縫應怎么進行結構加固處理？
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 COMSOL 軟件 5.4 版本新功能：快速模擬層壓復合材料
表層由外部彎曲邊界構成，承載著全部載荷，而翼梁是內部垂直構件，起到加固葉片、增加抗彎剛度與抗扭剛度的作用。
作用于結構的載荷包括葉片自身的重量和離心力。此例沒有考慮空氣動力效應和風力載荷；關注點而落在分析重力和離心載荷上。我們執行了兩種類型的分析：
穩態分析，主要分析單個葉片轉速（15 RPM）對應的重力載荷工況、離心力載荷工況，以及兩者的組合
預應力特征頻率分析，主要分析一系列葉片轉速（0-30 RPM）對應的離心載荷工況
模型幾何結構顯示了作用在葉片結構上的邊界條件與載荷，葉片左端固定到轉子輪轂上。
上文提到的夾層結構包括以下材料：
碳-環氧樹脂層合板：結構外層，共 10 層，每層厚度為 0.28 mm，密度為 1560 kg/m3
玻璃-乙烯基酯層合板：向內鋪設的層合板共有 40 層，每層厚度為 0.28 mm，密度為 1890 kg/m3（堆疊順序見下圖）
PVC 泡沫：夾層的芯材厚度為 15 cm，密度為 200 kg/m3
（更多關于正交各向異性材料屬性以及如何建立此模型的信息，請參考鏈接教程。）
左圖：葉片的表層和翼梁中三種材料的排列順序。右圖：玻璃-乙烯基酯層合板的堆疊順序，圖片從下到上顯示了每層結構板中的纖維方向。
評估模擬結果
應力分析
通過使葉片承受不同的載荷（重力、離心及二者的組合），您可以觀察表層和翼梁之間的 von Mises 應力分布。在此例中，葉片根部附近以及圓形橫截面與翼型橫截面之間的連接處存在高應力。
風力發電機設計中的 Von Mises 應力分布。
研究了碳-環氧樹脂層中的應力分布后，您可以查看在三個載荷工況下，葉片某一點上應力的全厚度變化。
展開 
盤點！2020年度碳纖維復合材料領域最新科研進展TOP10
日本研發無粘結碳纖維增強型塑料加固鋼構件法
據外媒報道，日本豐橋技術科學大學（Toyohashi University of Technology）建筑與土木工程系結構工程實驗室的研究人員研發了一種新概念，可利用無粘結碳纖維增強型塑料（CFRP）層板加固關鍵建筑結構中的鋼，從而提升鋼的屈曲性能。此種方法不要求在應用CFRP之前，先進行表面處理，因為CFRP不會粘結在鋼的表面，只是通過提升鋼的抗彎剛度來提高結構強度。
天大研發“碳纖維超級涂層”
天津大學張雷教授團隊利用新型兩親性材料結合光熱碳纖維，研發出一種利用太陽光產熱的“超級涂層”。該涂層性能優異的關鍵在于將可降低冰點的親水材料、低表面材料與光熱碳纖維有機融合，不僅能有效阻止結冰形成，吸收太陽光產熱除冰，還降低了涂層表面的冰附著力，可使積冰在陽光的照射下，僅依靠風力、重力等自然條件輕松去除。相關成果已發表于國際權威期刊《化學工程雜志》。
NawaStitch新工藝有望使碳纖維復合材料更輕更強
法國的Nawa Technologies正在美國開展業務，并將其快速，價格合理的垂直排列碳納米管（VACNT）制造工藝引入新的應用程序：使碳纖維復合材料更堅固。
根據N12和現在的Nawa所說，兩層之間的膠水可能是薄弱點，隨著零件彎曲而變差。這可能導致分層，或僅破壞零件的強度。
展開 鋼筋施工的12個質量通病詳細總結，值得學習！
重要受力部位的露筋應經過技術鑒定后，根據露筋嚴重程度采取措施補救，以封閉鋼筋表面（采用樹脂之類材料涂刷）防止其銹蝕為前提，影響構件受力性能的應對構件進行專門加固。
方管式懸掛法控制負彎矩鋼筋砼保護層
1、材料規定
（1）方管規格：采用壁厚1.2mm以上，外框尺寸為15mm×15mm、20mm×20mm兩種，目前市場上為6米長一根，項目部按工程設計板保護層厚度要求選用（方管外框尺寸為砼板負筋保護層厚度）。
（2）方管撐腳：采用φ12或φ14的鋼筋制作，最好采用圓鋼。
（3）鐵鏟：用25以上鋼筋打成一頭扁平的鐵鏟。
2、制作要求
（1）根據設計板跨，將6米長方管下料成長度為1.5米、3.0米等規格。
（2）將方管焊成架體：兩方管平行放置，間距400mm左右，兩端頭及中間用方管或φ12以上鋼筋作為拉桿焊接成一個整體，拉桿間距400mm左右，要求面平。
（3）方管架體焊鋼筋撐腳：架體高度＝設計板厚＝方管外框厚度＋撐腳高度（在施工現場，如現有的架體高度小于設計板厚30mm以內時也可在撐腳下加設硬墊塊處理，而不必重新制作架體）。
（4）撐腳間距：為提高整體剛度，撐腳間距要求不大于400mm。
（5）焊接要求：整個架體連接點包括拉桿和焊腳均應滿焊。
3、施工工藝及注意事項
（1）在樓面板鋼筋綁扎完成后，按板厚要求布設相應高度的方管架體，要求架體布設順直，架體內邊距支座邊350mm左右。
（2）所有板負筋與架體交叉點均用22＃鐵絲逐點綁扎牢固，負筋面必須緊貼方管底。
（3）對于采用泵送砼的項目，整個施工段必須全部布完架體，并將負筋全部綁在方管上，方能組織鋼筋隱蔽驗收。
（4）架體應在砼振搗密實平整后初凝前方能拆除。
展開 勘察單位又背鍋！這次被判賠償200萬！設計單位已提高抗浮水位仍在劫難逃！
（設計原因）原圖紙設計抗浮水位標高29.00m，而加固圖紙設計抗浮水位標高29.80m。前后兩份圖紙對抗浮水位標高的差異，足以說明地下室上浮的原因是設計存在問題，而非回填土厚度及降水存在問題。2017年2月10日前后，答辯人發現地下室局部上拱明顯，部分結構產生裂縫，立刻將情況向業主、監理、設計、勘察單位匯報，并積極組織人員進行場地排水和井點降水，并加強對水位和結構沉降進行密切觀測。2017年2月15日由阜陽市城南新區建設投資有限公司組織召開的“唐郢安置區非人防地下室上浮問題分析論證會”的專家組意見提出：
“⑴由于春節前本市降雨過多，引起建設場地地下水位升高，造成地下室抗浮不足，故發生5#樓與8#樓之間地下室底板隆起；
⑵根據實測地下室周邊最高水位，由設計單位進行抗浮驗算，若抗浮不滿足需另行處理；
⑶委托有資質的檢測單位對地下室主梁、板、柱進行檢測。根據檢測結果對有質量缺陷的受力構件進行加固處理；
⑷若采取長期排水的抗浮措施，應由建設單位、設計單位共同協商后，由設計單位另行設計。”
上述專家組意見表明：
地下室局部上浮的根：地下室局部上浮的根本原因是自然降雨過多超過抗浮設計水位，造成的地下室抗浮不足。根據現場實測地下室周邊降水井內水位標高為30.3m，北側五道河水位標高為30.1m,周邊區域內大范圍地下水位標高都遠高于抗浮設計水位29.00m。地下室上浮后，設計。地下室上浮后抗浮驗算，并在非人防底板上附加了560mm、人防底板上附加了440mm厚的鋼筋混凝土壓重來抗浮，可見地下室上浮與表層種植土是沒有關系的。
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