“建筑改造与加固”公众号

几万加固人的学习平台


电子邮箱

密码

注册 忘记密码?
钢梁受弯加固设计实例及设计建议——增大截面法加固(二)
来源: | 作者:李海乐 | 发布时间: 2024-02-07 | 96 次浏览 | 分享到:

        工程概况    

本实例采用仍上一个例题的原始条件进行设计,具体工程概况见钢梁受弯加固设计实例——增大截面法加固(一)
本次我们更换软件提供的截面加大形式八,即在梁下翼缘焊接T形钢板进行计算,腹板钢板为-200X8,翼缘钢板为-200X12,总的用钢量与实例一中形式一相同

图片

我们本次实例主要进行以下两个方面的对比:
(1)JGOOL和PKPM两种软件的加固计算结果验证。
(2)本实例和上个实例在相同用钢量情况下的加固承载力提高幅度对比。按常理来讲形式八大幅度提高了截面高度应该更有利才对,我们最终通过计算来验证下我们的初步判断是否是正确的。

        加固计算    

  01   JGTOOL软件计算       
                                  

图片

切换到JGTOOL软件的【加大截面参数】标签页,弹出下图的计算界面,填入相关参数。

图片

最后点击“开始计算”按钮,在结果框中会显示加固方案判断结果和加固后承载力验算结果,计算结果显示以下结论:
增大截面加固方案可行;名义应力σ0max=102.8<σ0max限值=152.75MPa。
加固后强度验算满足;强度应力σ=123.4<ηmf=0.8×215=172Mpa。
加固后稳定性验算满足;φb=0.75稳定性应力σ=148.1<ηmf*=0.8×215=172Mpa。


图片

  02   PKPM软件计算                                      
在PKPM设计工具箱中切换到负荷加固按钮。

图片

点击计算按钮从计算书中可以得到以下结论:
增大截面加固方案可行允许名义应力:118.250 N/mm2

>计算最大名义应力 σomax= 102.810 N/mm2

加固后梁构件强度验算满足;

受弯加固构件强度折减系数 ηm= 0.900 mm, 截面中最低级别钢材强度设计值 f= 215.000 mm,强度计算最大应力(N/mm2): 117.523 < ηm·f=193.500。

加固后梁构件整体稳定验算满足稳定计算最大应力(N/mm2): 166.810 < ηm·f°=193.500。


图片

  03   对比验证      

对JGTOOL和PKPM计算的结果列在以下表中进行对比。


软件

计算最大名义应力 σomax(MPa)

允许名义应力

(MPa)

强度计算最大应力

(MPa)

受弯加固构件强度折减系数 ηm

稳定计算最大应力

(MPa)

ηm·f

(MPa)

PKPM

102.81

118.25

117.523

0.9

166.810

193.5

JGTOOL

102.8

152.75

123.4

0.8

148.1

172


通过上表对比,我们可以发现JGTOOL与PKPM:强度计算最大应力σ计算结果相差(123.4-117.523)/123.4=0.047%,相差小于0.05%,两者有误差原因下一节也会专门讲解。稳定性应力σ计算结果相差较大,下一节将对差异原因也会进行重点分析。允许名义应力、受弯加固构件强度折减系数 ηm差异原因已在上一个实例钢梁受弯加固设计实例——增大截面法加固(一)中分析过,此处不再赘述

  04   差异分析      
钢梁的计算应力计算一般与截面特性关系比较大,我们以下列举出两个软件计算的截面力学特性供对比分析。

图片

图1 JGTOOL计算截面几何特性

图片

图2 PKPM计算截面几何特性

通过上图对比,我们发现主要差异体现Wy的计算差异上,而且二者差异将近1倍。由材料力学知识可知,加固后截面是关于Y轴的单轴对称截面,可知Wy=Iy/(b/2)=24016042.3/(200/2)=2401604.23,与JGTOOL计算结果一致,PKPM在计算中应该是受拉、压边缘到形心轴距离取值有误导致的计算结果差异,Wy的差异充分解释稳定性计算应力的差异。
而强度计算应力差异的原因笔者分析应该是PKPM计算时在截面塑性发展系数上取值的差异,按照《钢结构加固设计标准》6.2.1条(见下图3),Ⅲ类结构γx=1.0,JGTOOL真是按此取值。

图片

图3 规范γx取值

假如取γx=1.05,也就是把JGTOOL计算强度应力再除以1.05,即123.4/1.05=117.5,正好和PKPM计算结果相吻合,说明PKPM计算时有可能还是按老规范进行的,未及时进行更新。

以上的对比进一步表明了JGTOOL计算结果的准确性

        截面加大形式对比   


下表列举出按形式一和形式八分别进行加固设计的计算应力。

截面加大形式

强度计算最大应力

(MPa)

稳定计算最大应力

(MPa)

形式一

121.4

151.987

形式八

123.4

148.1

从以上对比我们发现,两种加固形式在相同用钢量条件下计算应力基本相近,这与我们的初步判断不太一致。其实我们仔细分析发现形式八截面高度加高后,虽然截面惯性矩增大的,但由于截面关于X轴变成了非对称截面,导致最小截面抵抗距实际未得到同步提高,所以最终计算应力也不会有大幅度降低。

结合以上对比分析我们不难总结出以下结论及设计建议:

(1)单纯从承载力计算分析,截面加大形式一和形式八,两者没有明显的优劣。
(2)梁下净空有较高要求时,建议采用截面加大形式一,但鉴于形式一上翼缘上表面施工有难度,可以焊接在上翼缘下表面。
(3)原有钢梁挠度较大影响正常使用时,建议采用截面加大形式八。
(4)梁下翼缘受压时,此时受压翼缘截面抵抗距大于受拉翼缘截面抵抗距,建议采用截面加大形式八。
后续我们还会有专题文章对九种截面加大形式均进行对比分析,敬请关注!