結構加固設計的案例
土木工程設計中結構與地基如何加固？
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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 加固設計如何保證結構穩定？
框架結構優化
1. 對框架梁、柱箍筋間距進行合理優化，根據梁柱抗震等級的不同對箍筋加密區的最小箍筋直徑和最大箍筋間距進行分類布置。
2. 結合材料特性，對結構基礎設計等級、砌體結構質量控制進行審核，結合地基土類型對結構設計的合理性進行審核。
鋼結構穩定控制
1. 根據構件厚度和長度的比值，設計穩定性強的構件保證鋼構件的穩定性及強度能達到標準。
2. 設計時對整體建筑物盡量采取對稱布置，避免重心過于偏移。
3. 如構件在整體結構失效前發生屈曲，則須通過鋼構件的屈曲強度增加構件整體承載力。
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。
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 
某鋼結構構筑物檢測鑒定和加固設計
（4）灰斗與灰斗梁連接驗算
最大角焊縫應力56.29N/mm2，小于E43角焊縫抗拉、抗壓和抗剪設計值160N/mm2，滿足計算要求。
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 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 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 既有建筑加固改造設計100問 ￥30
既有建筑加固改造設計100問
粘鋼板加固設計-有限元仿真
粘鋼板加固設計-精細化有限元仿真 混凝土-鋼筋骨架-粘膠-鋼板一體化計算模型 中柱節點和邊柱節點
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 
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
圖1.菲涅爾透鏡結構形式
菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數據表格中的“表面面型”欄內選擇“菲涅爾面”，接著界面會出現菲涅爾面型設計窗體如圖3。在此窗體表格內首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環形圈數，再給出菲涅爾面的表面等效焦距值，進一步按“確定”按鈕即可自動算出該菲涅爾面的各環錐面傾斜角度值。
圖2.菲涅爾透鏡設計菜單
圖3.菲涅爾表面設計窗體
菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。
由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。
圖4.菲涅爾透鏡光斑點列圖
圖5.菲涅爾透鏡光學零件圖
對帶有菲涅爾面型的光學系統（菲涅爾透鏡）設計完成之后，OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數，如圖5所示。
展開 【產品設計】鈑金結構防塵防水設計，結構工程師必備知識點！
防護的重點在：各種環境下，水和粉塵進入及規定額途徑主要有風道和結構性結合部位，例如：門縫，電纜進出口部位，結構件結合部位等，因此機柜的防水防塵主要針對這些部位來進行密封處理，使柜內環境與柜外環境有一定的隔離，從而達到更好的防護的目的，才能真正起到防護作用，保證設備的長期正常運行.以下就分別從防塵設計和防水設計兩方面對其設計要點進行分析。
2.1鈑金結構機柜的防塵設計
鈑金機柜的粉塵來自從外部抽取到機柜內的空氣中，因此防塵設計的方向可分為為阻止空氣進入機柜中，或在進風口處將空氣中的灰塵進行過濾，這兩種設計方向又可細分成不同的實現方法。具體設計方法如下：
2.1.1 全密閉防塵設計
全密閉設計一般用于加固式攜行式鈑金機柜，整體采用密封機柜設計，能夠完全防止灰塵的進入，能達到 IP6 的防塵等級。在機柜各部位的連接處，使用橡膠或其他彈性密封材料，通過壓縮彈性材料實現密封。對不方便使用彈性密封材料且不常拆卸的部位可采用密封膠進行密封。全密閉式機柜的熱設計通常將設備運行中產生的熱量用熱管傳到至機殼，利用機殼將熱量散到外界空氣中。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
2.1.2 隔離式防塵設計
隔離式設計指將鈑金機柜的風道單獨隔離出來，使空氣無法進入機柜內部設備電氣元件所在的腔體。該設計方式通常用于加固型鈑金機柜，防塵等級可達 IP6。機柜的密封部位設計通過彈性密封材料和密封膠實現。機柜的散熱設計，一般采用強迫風冷。具體為通過熱管將設備運行發出的熱量傳導至位于風道中的散熱片。風道中的風扇從外部抽風對散熱片進行冷卻。
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3、 講師
李曉峰
Bentley資深應用工程師
擁有十多年結構分析工程行業經驗。熟悉各國結構設計標準，精通STAAD.Pro在各行業的典型應用。
在Bentley主要負責其結構分析產品STAAD.Pro/RAM在大中國區域的技術支持工作。在加入Bentley的十五年間，作為產品專家和結構咨詢師，參與了上百個大型結構項目，涉及行業包括電力，石油石化，冶金，煤炭，能源，環保，公共建筑等領域。
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