负载下钢结构工字形压弯构件焊接加固试验

王元清，蒋立，戴国欣，等

摘要：目的：钢结构加固的需求在工业建筑中已集中显现，并随钢结构发展向公共和民用建筑领域延伸，负载下焊接加固技术，是钢结构加固方法中最传统且实用的一种。但目前负载下焊接加固钢结构的研究工作几乎全部集中于轴压和受弯构件，而实际中的大部分结构构件为压弯构件，同时，焊接加固技术本身也存在一些需要解决的问题制约着该技术推广，特别是负载下焊接加固过程的热影响问题。为研究钢结构压弯构件在负载下焊接加固过程的热影响以及不同初始负载对焊接加固后受力特性的影响，进行了压弯钢柱的静力试验。方法：试验中，被加固钢柱均为工字形双轴对称截面，被置于顶端面内自由面外平动约束、底端固接的边界条件下，柱顶固定面内偏心距按4档不同初始负载分别进行。采用翼缘外对称贴焊钢板加固方案，材料类型均为Q345B级普通碳素钢。构件的几何缺陷通过经纬仪及应变片测得，焊接及冷却过程构件温度通过红外线测温仪获得。通过在特征位置设置位移计及应变片进行试验全过程的构件变形及截面应变监测。对于未负载加固钢柱，一次单调加载至其破坏；对于负载加固柱，按照“初始加载、持载、加固施焊、冷却至室温、加载至破坏”的程序进行试验。加固施焊的次序考虑压弯构件的受力特性并兼顾施工方便确定为平行对称施焊，先施焊受拉侧的加固件后施焊受压侧的加固件，并且从嵌固端向另一端施焊。结果：焊接过程负载焊接试件均发生不同程度的宏观变形及微观应变重分布，加载时所有压弯钢柱均呈现压弯受力状态，最终都发生明显的空间弯扭失稳破坏，且卸载后试件整体弯扭残余变形明显。结论：试验结果分析表明，（1）加固焊接次序决定焊接残余变形的发展机理，焊接冷却后构件竖向位移、水平面内位移、水平面外位移等加固焊接残余变形的增大程度与初始负载有关，初始负载越大，焊接残余变形越大。焊接热输入大小和初始负载大小共同影响持载焊接的位移范围，即荷载-位移曲线的焊接平台段宽。（2）负载下焊接加固试件在焊接加固过程产生应力应变重分布现象，加固后腹板应变较加固前明显增大，且受压近侧的腹板受压增大更多，加固焊接次序影响应力应变重分布开展方式。（3）初始负载影响负载下压弯构件的承载力，初应力比为0.22时初始负载对承载力的影响可以忽略，而初始应力比为0.72时初始负载影响明显。（4）初始几何缺陷也会影响加固后承载力。此外，试验实测结果与规范计算结果对比表明，现有设计规范均未充分反映初始负载对压弯构件加固后承载力的影响，且规范计算结果均明显低于实际承载力而偏于保守。

来源出版物：哈尔滨工业大学学报, 2016, 48(6)：30-37

入选年份：2016