增大截面的案例
【經典案例欣賞11】增大截面法加固柱偏壓受力分析（考慮二次受力）
項目難點：
1、二次受力設置；
2、新舊混凝土截面接觸設置；
3、精細建模。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
某鋼結構構筑物檢測鑒定和加固設計
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 【解讀】繼電保護◆六、符合熱穩定的鋁芯電纜截面口訣
六、符合熱穩定的鋁芯電纜截面口訣
1、口訣
截面根據千安、秒，
10截面按1對1表。①
千安增大截面大。②
秒數減少方根少。③
2、說明
這是鋁芯電纜在符合熱穩定的條件下應采用的電纜截面 口訣。。
短路電流流過電纜將使電纜發熱而受到破壞。短路電流 越大，短路的時間越長，發熱就越大，都對電纜不利。因此，對于某種截面的電纜，允許在多少時間內流過多大的電流是 有限制的。符合這一要求就叫做符合熱穩定的條件。
前面說過，當系統某處短路時，通過繼電保護的作用， 能把開關斷開，切斷短路的電流。在這段時間里，既有斷開 開關所需的時間，也有繼電保護延時的時間。短路電流就在這段時間內化為熱能，使導體發熱。開關斷開后，發熱也就停止了。
在一般的供電書籍中，計算公式中所用的時間叫做“假 想時間”。假想時間的確定是很復雜的。為7簡化，這里直接 采用從短路開始到開關動作的時間作為計算。可以認為開 關瞬動而不延時的為0.2秒。如果延時，每級可差0.7秒，即 延一級可取為1秒（0.2+0.7=0.9，約為1秒）。延兩級可為1.6秒。
①提出了決定鋁芯電纜截面的條件是短路電流"（千安) 和時間(秒)兩項。接著提出了一個基準數據：電流1千安、 時間1秒，則截面應為10平方毫米。這就是口訣“截面根據 千安、秒，10截面按1對1表(示)”的意思。
②是指時間1秒不變，但電流增大了，則截面也要按同 樣的倍數增大（如果電流減小，則截面也相應減小）。例如短路電流如果增為1.5千安，則截面應為10×1.5=15平方毫米。 按照廠家生產的規格（見第二章），可就近選（大于15的）16 平方毫米的鋁芯電纜。
展開 一文叫你理解如何用優化算法求解實際工程問題及optistruct優化仿真對比 ￥49
現在尋求在不增加重量的情況下，提高該懸臂梁的剛度，從剛度的計算公式可知，減小橫截面寬度b，提高截面高度h有利于增加懸臂梁的剛度。
2.2懸臂梁截面優化模型的建立
所有的優化問題都要經過轉化為數學模型方能利用各種優化算法進行求解。優化數學模型又包含三個要素：
1）優化變量；
2）目標函數
3）約束
優化變量本例很明了，就是截面尺寸，目標函數是剛度最大，歸根結底是讓f=b*h^3最大，為了利用基于下降迭代的最速下降法，目標函數可以定義為f的倒數或相反數，此處定義為：g=1/(h^3)*b,之所以將b設立為分子，是因為上文已經分析過，增大截面高度更有利于提高剛度，因此如果截面高度增加，為了減輕質量或維持質量不變，必須減少截面寬度。因此結合實際問題設立合理的目標函數也是利用好優化的一大要點。
最速下降法的MATLAB實現代碼見圖2，使用optistruct進行詳細優化的過程附在其后。
展開 
基于Ls-Dyna求解的結構設計競賽輸電塔抗扭能力仿真優化
根據軸心受力構件強度計算公式：
由上式可知，當構件抗拉強度不足時，可以采取加大構件凈截面面積的形式提高構件的抗力，所以把斜向拉條的截面加厚1mm可以有效加強拉條的抗拉強度。
2、塔身受壓主桿承受模型的所有豎向荷載，并且輸電塔屬高聳構筑物，壓桿的長細比普遍偏大，極容易發生壓彎失穩破壞，根據壓彎構件截面強度計算公式：
可知，只需在桿件中部彎矩較大處增大桿件的凈截面模量，即可有效加強構件的截面強度，避免桿件發生失穩破壞。根據截面模量計算公式：
可知，增大截面高度是增強構件截面強度最有效的措施，因為電塔受力復雜，不易控制截面強軸的方向，并且考慮到正方形截面抗扭能力較矩形截面強，所以選擇將受壓主桿雙向截面設計尺寸加厚1mm。
優化方法：斜向拉條加厚1mm；受壓主桿中部雙向截面設計尺寸增大1mm，覆蓋范圍5mm；去掉方桿內（圖1中4-4剖面）的十字撐。
展開 加固設計如何保證結構穩定？
結構補強加固
1.采用增大截面加固法或約束加固法時，確保混凝土強度等級不低于C10。
2.采用粘鋼加固法或粘貼纖維復合加固法時，混凝土強度等級應不低于C15。
3.采用預應力加固法時，混凝土強度等級應不低于C30。
4.懸挑結構采用植筋技術進行構件連接時，植入構件的混凝土強度級應不低于C25。
5.砌體結構加固時，須現場檢測確定被加固墻體的砂漿強度等級不低于M5。
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 橋梁歷史上的今天(2月12日)
蕉嶺大橋全長260米，行車道寬7米，人行道寬1.75米，對橋梁全部拱肋、橫隔板進行增大截面加固，并更換全橋拱上填料。
11. 2018年2月12日，中國臺灣新竹縣新樂大橋建成通車。新樂大橋橋梁改建采用鋼拱中路式單跨型式設計，橋工段跨長100.5m，路工段引道長97.5m，全長合計198m，路寬凈斷面7m，兩側路肩區設置1.2m 標線型人行道。
12. 2018年2月12日，中國河南洛陽東環路跨洛河橋建成通車。東環路跨洛河橋，位于現狀李城橋西側，橋長1444米，其中跨洛河段設320米景觀主橋，主橋主跨采用160m下承式鋼桁架系桿拱結構，矢跨比1/4.618，梁高2.6m，主橋寬47米，雙向六車道，設計時速60公里。
13. 2018年2月12日，中國廣東廣州迎賓立交CD線橋竣工通車。CD線為東西雙向4車道跨線橋。C線橋寬10.7m，總長597.253m；D線橋寬10.7m，總長622.337m。
14. 2018年2月12日，中國湖南岳陽京港澳高速連接線棗子山跨線橋建成通車。新建成的棗子山路跨線橋長270米，路幅寬27米，為雙向6車道，總投資4000多萬元。
15. 2018年2月12日，中國山東即墨營流路橋建成通車。營流路橋橋梁全長96米，寬40米，橋面設置雙向六車道。
16. 2018年2月12日，中國廣東茂名化州市北岸大橋重建工程竣工通車。新建橋梁全長217米，橋面寬22米，單跨跨徑30米，結構形式為等截面預應力混凝土簡支轉連續箱梁,鉆孔灌注樁基礎,瀝青混凝土路面。
17. 2018年2月12日，中國廣西桂林苗圃路口人行天橋、彭家嶺人行天橋正式開通使用。
展開 橋墩與橋面接觸面積為什么這么小？
橋墩在受到側向力時的變形量與它高度的四次方成正比，和截面的慣性矩（和橫截面的尺寸有關）成反比。因為橋墩本身有較大高度，所以這個變形量非常可觀，只能通過增大截面尺寸來控制這個變形量，從而保證橋墩的安全性。
最后，高架橋高度大，穩定性差，橋墩很大主要是為了提高橋墩的穩定性。
支座接觸小墊片樣的東西是橡膠支座，接觸面積小，但抗壓強度是可能滿足承載要求的， 橋梁橡膠支座是由多層橡膠片與薄鋼板硫化、粘合而成,它有足夠的豎向剛度和強度，能將上部構造的反力可靠的傳遞給墩臺；有良好的彈性，以適應梁端的轉動，又有教大的剪切變形能力，以適應上部橋梁在汽車動荷 載作用下的產生的水平位移.，而減少因位移產生的內力。
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展開 BFRP 增強 UHPC 加固普通混凝土三點彎試驗模擬研究 ￥49.99
三、參數影響探討
（一）加固層厚度的影響
增加加固層厚度可提高梁抗彎性能，因增大截面慣性矩和發揮 UHPC 性能，但厚度增加到一定程度后，對抗彎性能提升減弱，且會增加自重和成本，需綜合考慮選擇合適厚度。
（二）BFRP 布層數的影響
BFRP 布層數增加可提高極限荷載和延性，約束裂縫開展，但過多層數可能導致內部應力不均、施工難度增加和粘結不足剝離，確定層數需考慮協同工作性能和施工條件。
（三）混凝土強度等級的影響
提高普通混凝土強度等級對加固效果有一定影響，高強度等級混凝土抗壓和初始彈性模量高，能與 UHPC 和 BFRP 協同工作，但提升有限且脆性大，需綜合考慮對整體性能影響。
通過本次 BFRP 增強 UHPC 加固普通混凝土三點彎試驗模擬，深入了解了加固結構的力學性能和破壞模式，為該加固技術在實際工程中的應用提供了重要理論依據，對推動建筑結構加固領域的發展具有積極意義。
展開 裝配式鋼結構+BIM技術在高層住宅中的應用（多圖詳解）
針對這類高層住宅建筑，傳統做法是采用混凝土結構，通過增大構件截面、設置剪力墻等方法來增加結構剛度，以滿足結構安全性與舒適性的需求。但是傳統做法對建筑品質有較大影響，且施工工期較長，無法實現建筑工業化的目標。
為解決以上難點，同濟設計團隊突破傳統設計方法的限制，采用裝配式鋼結構進行設計，以滿足業主高標準的要求。
鋼結構方案的結構體系構成：CFT柱型鋼框架+支撐+黏滯阻尼墻。支撐布置于公共交通區域與建筑隔墻的位置，黏滯阻尼墻布置于結構的中上部，共72片。
▲ 鋼結構方案結構體系組成
▲ 鋼結構方案結構平面布置
▲ 黏滯阻尼墻構造圖
▲ 某項目黏滯阻尼墻安裝示意圖
采用鋼結構設計的優點
相比于傳統混凝土結構，本項目采用鋼結構體系具有多個方面的優勢。
結構抗震性能
由于采用消能減震鋼框架-支撐結構體系，上部結構重量約降低34%，這有助于：（1） 降低基礎造價(約25%)；（2） 降低地震作用，提高結構的抗震性能。
建筑品質
由于住宅類建筑對建筑使用功能要求高，通過采用鋼結構體系，有效地提升了建筑品質。
（1）建筑墻厚可由700mm降低到450mm(降低36%)，建筑使用面積增加。
▲ 混凝土方案標準層（裝修后墻厚700mm）
▲ 鋼結構方案標準層（裝修后墻厚450mm）
（2）支撐布置于公共交通區域的隔墻位置，室內戶型可任意分割(大空間可變戶型)，同時保證外立面視覺通透性。
▲ 交通筒
▲結構戶型圖(C1戶型)
▲ 結構戶型圖(C2戶型)
▲ 結構戶型圖(C3戶型)
（3）將鋼管混凝土柱扁長化和采用內部裝修技術，有效解決室內露梁露柱等建筑功能問題。
展開 【JY】減隔震設計思考：隔震篇
（包括隔震層的非結構構件，如柔性管道之類）
多增設配筋/增大截面在關鍵構件上。（不需要大震彈性/不屈服來包絡，直接提高中震時安全儲備更直接）
構造配套要跟上，使得整個隔震建筑在地震運動時并不受到阻礙，特別是盡可能做好、做大隔震溝！
總而言之，七分構造三分算！
特別注意，若是復雜結構或者非常規隔震結構，我認為還是需要全面的詳細分析。而不是什么隔震結構一來就都整個全方位的性能分析，至于判定復雜/非常規隔震結構希望規范組能給出規定或示例。
關于隔震精細化分析
目前隔震精細化分析考驗的是算力，都明白精細化分析可更細致分析任何結構結果。
精細化分析是否是吃力不討好是關鍵點，精細化分析需要拿掉更多假定，甚至假定僅存在細觀或材料層面。
目前精細化分析中結構構件層面有些許假定存在假定過度，如填充墻。使得數值空間和實際空間完全是兩回事。工程師精細化的目的是利用模擬反演實際情況。依據目前的算力而言，對于工程應用的精細化分析無疑是無法達到精準預測的。因此，目前工程級的“隔震精細化”意義不大，既反應不了實際情況，也浪費大量計算資源。
我認為需要兩步走：
學界應努力研究完整精細化模擬分析的方式方法，以解析工程結構機理。
業界應努力發展更為有效簡化便捷統一的計算方法，比如：復振型反應譜法、迭代反應譜法，這些都是非常好的工具！
而不是一股腦的無腦，一來就彈塑性非線性精細化！在量子計算未普及前，普及“真”精細化，真心精細化不了！目前的所謂的平民化的“精細化”就是吃力不討好還不知道對不對得上真實情況的玩意兒。
展開 
岷江大橋突發垮塌事故，橋梁加固技術要背鍋嗎？
3、上述各種病害可選的加固方法有：
（1）對梁底彎曲裂縫和沿預應力筋的縱向裂縫可采用粘貼鋼板、粘貼纖維復合材料的方法加固，也可采用增大截面法加固，增加鋪裝層厚度，加大截面受壓區面積對提高抗彎強度和剛度有利，但增加高度有限，同時也增加自重，如果增加梁底截面高度，實際上是增加配筋點擊免費領取500本常用規范；
（2）對于腹板上的斜裂縫，可在與裂縫反向并近似與水平線成45°，即大致正交于斜裂縫的方向粘貼鋼板或纖維復合材料，對梁高度矮，鋼板或纖維錨固長度不足時，可粘貼成U形箍和加壓條的形式，如圖：
（3）對于腹板上的收縮裂縫和錨固區的裂縫，視縫寬大小采用環氧膠封閉或灌縫處理；
（4）對橋面縱向裂縫，可結合鋪裝層改造增加厚度和橫向配筋，或者增加或者加大橫隔板；
（5）上述各種因受力引起的病害，均可采用體外預應力加固法，具體的做法有多種，如下圖示意，此法的設計、施工復雜，但效果較好。
（6）對病害較多，較重的某一單片梁，條件許可時，可割開橫向聯系更換增大剛度后的新梁，同時減少其它梁的荷載分布。多數情況下邊梁病害較重，如圖：
二、鋼筋混凝土及預應力混凝土連續梁及懸臂梁橋
連續梁橋及懸臂梁橋的截面形式常有T形、I形和箱形，跨徑30米以上的大多采用箱形，并采用變高度的不等跨梁，等高度的鋼筋混凝土連續梁一般跨徑在30米以下，變高度的鋼筋混凝土連續梁或懸臂梁一般跨徑在50米以下，跨經偏大仍采用鋼筋混凝土材料的此類橋梁比較費材料，而且橋面負彎矩區易出現橫向裂縫。等高度的預應力混凝土連續梁一般跨徑在60米以下，而變高度的預應力混凝土懸臂梁跨徑大多100米以下，但100米以上也是常有的，連續梁跨徑大多在200米以下，但200米以上也是常有的。這類橋梁在跨越障礙物或城市立交橋中較多采用，不論跨徑大小均容易出現各種病害。
展開 如何選擇柱墩.？
柱墩沖切筏板時，與不布置柱墩相比，沖切臨界截面周長增大，沖切錐內的基底反力增大，沖切力減小，沖切錐的有效高度不變。柱沖切“筏板+柱墩”時，與不布置柱墩相比，沖切臨界截面周長增大，沖切錐內的基底反力增大，沖切力減小，沖切錐的有效高度增大。
(a)柱墩沖切筏板
(b)柱沖切“筏板+柱墩”
圖4 柔性下反柱墩
03
結果查看
使用軟件時要分兩步來查看計算結果。如下圖所示，首先點“柱墻沖切”，驗算柱沖切“筏板+柱墩”，然后點“柱墩沖切”，驗算柱墩沖切筏板，二者都要滿足。
圖5 柱墩示例
圖6 分兩步查看驗算結果
來源：土木吧
展開 【設計基礎】常用鑄鐵件和種類與應用
為增加其剛性，截面形狀多為工字形、丁字形或箱形，避免十字形截面；零件突出部分應用肋條加固。
四、鑄鋼件
流動性差，體收縮、線收縮和裂紋敏感性都較大。綜合力學性能高；抗壓強度與抗拉強度幾乎相等。吸振性差。
應用：結構應具有最少的熱節點，并創造順序凝固的條件。相鄰壁的連接和過渡更應圓滑；鑄件截面應采用箱形和槽形等近似封閉狀的結構；一些水平壁應改成斜壁或波浪形； 整體壁改成帶窗口的壁，窗口形狀最好為橢圓形或圓形，窗口邊緣須做出凸臺，以減少產生裂紋的可能。
五、錫青銅和磷青銅件
鑄造性能類似灰鑄鐵。但結晶范圍大，易產生縮孔；流動性差；高溫性能差，易脆。強度隨截面增大而顯著下降。耐磨性好。
應用：壁厚不得過大；零件突出部分應用較薄的加強肋加固，以免熱裂；形狀不易太復雜。
六、無錫青銅和黃銅件
收縮較大，結晶范圍小，易產生集中縮孔；流動性好。耐磨、耐腐蝕性好。
應用：類似鑄鋼件。
七、鋁合金件
鑄造性能類似鑄鋼，但強度隨壁厚增大而下降得更顯著。
應用：壁厚不能過大；其余類似鑄鋼件。
END
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展開 仿生結構是如何被運用的？
竹子的典型段包含竹節和節間，其中節間是空心的，所有的材料都集中在外側，這樣在減小了自重的同時也增大整個截面慣性矩，其微觀特性也反映了同樣的規律，越靠近邊緣細胞越為致密，使得整個截面慣性矩最大化。
節點處內部有橫膈，橫膈避免了柱子由于過長而出現局部失穩破壞，類似于我們構件中的加勁肋。細心的朋友可能發現，竹節也不是均勻分布的，在底部和頂部分布更密，而在中間段分布較疏。這種分布規律也極為符合力學原理，充分做到了好鋼用到刀刃上。同時自下而上竹節的直徑也是逐漸縮小的，這樣也在無形中減小風荷載。
經研究柱子直徑、竹節間距、壁厚的變化并不是沒有規律，事實上是可以被數學表達的。
SOM將竹子的這些特性應用到了中國國際貿易中心（China World Trade Center）的結構方案設計中。塔樓在高度方向被分成八段，底部受力最大，因此底部節間長度較小以增強塔樓穩定性。同時自下而上結構直徑逐漸減小，以減小風荷載的作用。并且仿效竹子的形狀特性規律，對外形及壁厚進行了數學表達。
其中，n是根據總層數與建筑體形所規定的形狀系數，N是結構總高度，yn是每段的節間長度，dn是節間直徑，t是壁厚。
結構采用外部巨型支撐+內部帶伸臂桁架的框架核心筒雙重結構體系，外部支撐結構和內部框筒結構都遵循同樣的分布規律。外部巨型支撐結構相當于竹子的外壁纖維，支撐長度可根據公式2算出。內部結構的伸臂桁架就相當于竹節，桁架間距在中部最大，在上下兩頭最小。同時，構件的壁厚就相當于竹壁壁厚，可根據公式4推出。
可見，在SOM的這個設計中，對于竹子的借鑒并不是只停留在概念上，或只把仿生作為一個噱頭。而是對整體形態及構件壁厚均參照竹子做了數學表達。從結構設計理念和創新上來說，SOM在高層設計領域還是很先進的。
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