第３０卷第７期２０１４年７月
建
麓
科学
Ｖ０１．３０．Ｎｏ．７Ｊｕｌ－２０１４
ＢＵＩＬＤＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ
［文章编号］ｌ００２－８５２８（２０１４）０７－００３２旬６ＤｏＩ：１０．１３６１４／ｊ．ｃｎｋｉ．１ｌ—１９６２／ｔｕ．２０１４．０７．００７
钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
罗睿奇１，王元清２，肖建春１，张天申２（１．贵州大学空间结构研究中心，贵州贵阳５５０００３；２．清华大学土木工程系
清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京１０００８６）
［摘要］钢结构建筑在规定的时间与条件下，受各种因素的影响或已不能满足现有的使用功能的要求，故需对其进行必要的加固，使之满足现阶段的使用功能要求。为在加固的过程中不影响正常的生产和生活，负载下加固钢结构节点的方法应用越来越广泛，但是相关研究却很少。目前除了少量的国外协会标准和相关文献外，我国只有两本规范有所涉及。本文将根据相关规范、规程和协会标准等，对钢结构节点加固的原则和方法进行系统介绍与对比，同时找出各种相关方法的差异与不足，为后续的规范修订和研究提供科学依据与参考。
【关键词］钢结构；节点；负载下；加固；设计方法［中图分类号］Ｔｕ３９１［文献标识码］Ａ
ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
￡ＭｏＲｕｉｇｉｌ，
ｏｎ
ＳｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｓｏｆＳｔｅｅｌＳｔｍｃｔｕｒｅＢｅａｍ—ｔｏ—ｅｏｌｕｍｎＮｏｄｅ
耽，培ｙＭ口ｎｇ西１９２，
Ｘｉ口。五口ｎｃ＾“ｎ１，
Ｚ＾口，曙
扎口，ｕ＾ｅｎ２（１．
却口ｃｅ｜ｓｔｒＭｃｆｕｒＥｓ
Ｒｅ５ｅ口ｒｃ＾ｃｅ，ｌｔｅｒ
ｏ，ＧⅡ触。ｕ
№西ｅ”毋，Ｇｕ咖增４０００４５，傩ｉ，ｌ口；２．‰，，如６０ｍｆｏｖ∥ｃ删Ｅ昭ｉ聊ｅｒｉ昭ｓ咖ｔ，，口，ｌｄＤｕｍ枷耖旷ｍｉ厅口Ｅｄｕｃｎｔｉｏ凡肘ｉｎ括ｆ∥，
Ｄ号Ｐｏｎｍｅ小ｏ，Ｃｉ秽“Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ，ｌｇ，７飞伽ｇ＾“ｏｕｎｉ创ｅ船ｉ钞，曰ｅ咖ｎｇ１０００８４，Ｃ＾ｉｎ口）Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ａｆ琵ｃｔｅｄｂｙｖａｒｉｏｕｓｉｎｎｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｉｎｓｐｅｃｉｆｉｃｔｉｍｅ
ｎｏｔ
ａｎｄｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，
ｓｔｅｅｌ
ｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅ
ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｍａｙｎｅｅｄｂｅｅｎ
ｎｏｗ，
ａｓ
ｓｕｉｔｆｏｒｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｅｒ、ｒｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｕｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｏｆｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅｉｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｉｎ
ｔｏ
ｔｈｅｆｈｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｎｏｄｅｓｏｆｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｌｏａｄｈａｓ
ｃｏｍｍｏｎｌｙ
ｉｎ
ｕｓｅｄ
ｔｏ
ｔｏ
ａｖｏｉｄｉｎｎｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｎｏｒｍａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｌｉＶｉｎｇｗｈｉｌｅｒｅｌｅｖａｎｔｓｔｕｄｉｅｓｌａｇｂｅｈｉｎｄ．Ｕｎｔｉｌ
ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ
ａｄｄｉｔｉｏｎｆｂｗｆｏｒｅｉｇｎｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄ
ｒｅｌａｔｅｄｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ￥，
ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
ｏｎｌｙ
ｔｗｏ
Ｃｈｉｎｅｓｅ
ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｒｅｌｅｖａｎｔｃｏｄｅ。ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎｏｄｅｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｉｎｓｔｅｅｌｓｔｍｃｔｕｒｅｒｅｌａｔｅｄｍｅｔｈｏｄｓ１【ｅｙｗｏｒｄｓ：
ａｒｅ
ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．
Ａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｐｏｉｎｔｅｄ
ｏｕｔａｓ
ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓａｎｄｒｅｆｂｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆｂｌｌｏｗ．ｕｐｃｏｄｅｒｅｖｉｓｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．
ｓｔｅｅｌｓｔｍｃｔｕｒｅ；ｎｏｄｅ；ｕｎｄｅｒｌｏａｄ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ；ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ
０
引言
常用的钢结构节点负载下加固方法主要有以下
的《钢结构加固技术规范》（ｃＥｃｓ７７：９６）旧１和《钢结构检测评定及加固技术规程》（ＹＢ９２５７—９６）旧１，且需要补充完善。
本文主要针对负载下轻型房屋钢结构端板连接节点端板侧焊缝加固与负载下钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固两类节点（如图１与图２），根据相关规范、规程和有关文献通过算例进行分析比较，同时找出现有规范、规程和常用设计方法的差异与不足，为规范的修订提供参考。
１
六种…：梁翼缘加盖板加固、梁翼缘加侧向盖板加固、梁翼缘加腋加固、梁翼缘加肋板加固、端板角焊与围焊加固、高强度螺栓加固。虽然目前负载下钢结构焊接节点加固应用很多，但是国内外针对该方法的研究甚少，目前除了美国的ＦＥＭＡ３５５Ｄ”１和前苏联的《改建企业钢结构加固计算建议》，只有我国
设计原则与负载加固应力比限值对比
设计原则对比
目前节点负载下加固主要有两种计算原则：一
［收稿日期】２０１３－０９－２２
【基金项目】《钢结构加固设计规范》国家标准建设组科研专题课题
（Ｎｏ．２０１３一０２）
１．１
［作者简介】多睿奇（１９９０一）。，男，硕士
［联系方式】ｗａｎｇ－ｙｑ＠ｍａｉｌ－ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ一
是考虑加固后新增荷载完全由新增加固件独立承
第７期罗睿奇，等：钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
３３
规范’２１中规定钢结构连接的加固方法应根据结构需要加固的原因、目的、受力状态、构造及施工条件，并考虑到结构原有的连接方法而确定，可采用焊缝、普通螺栓和高强度螺栓连接等加固方法。要求在同一受力部位连接的加固中，不宜采用刚度相差较大的且仅考虑其中刚度较大的连接承受全部作用力。若有根据时才可以采用焊缝和摩擦型高强度螺栓共同受力的混合连接。但规程¨１中已说明在
图１
端板连接节点端板侧焊缝加固
何种条件下可以采用焊接与高强度螺栓混合连接的方法，相比之下，后者更加严谨，前者所规定的“根据”也是目前研究所缺乏的，还需进一步试验分析。
～一●■■■●■■■■Ｌ
一＇一
规范嵋１中又规定负载下加固时，如采用焊缝或螺栓加固而需要拆除原有连接，必须采取合理的施工工艺和安全措施，并进行核算以保证结构具有足够的承载力，但规程＂１中却未有任何要求。前者的要求是非常必要的，可保证结构在负载下加固施工安全有序和加固后共同工作的可靠性。１．２负载加固应力比限值对比
钢结构节点的加固施工方法可分为以下三种：
÷
÷÷
１■■■■■■■■－
图２钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固
拆下加固、卸载下加固、负载下加固，见表１所示。为不影响正常的生产和生活，钢结构节点负载下加固方法应用越来越普遍。
表ｌ加固施工方法
担；二是考虑加固后新增荷载由加固件和被加固件共同承担。
施工方法使用范围
承载能力过小，无法通过补强来加固应力过大或承受动荷载，不得不进行卸载要求不影响正常生产、生活，应力满足限值
局限性工作量
施工较复杂，工作量最大
拆下加固
卸载加固负载加固
影响正常的生产和生活影响正常的生产和生活对初始应力有要求表３
类别
１
施工方便，工作量较小施工最方便，工作量最小
为确保节点加固的安全性及加固后工作的可靠性，节点的负载加固需要满足一定的负载条件，通常
ＹＢ
９２５７—９６中负荷下焊接加固的应力比限值
使用条件
承受动力荷载的构件
卢２。缸
０．４０．８
通过Ｉ盯一组ｌ（应力比）的限值卢来表示。规
范旧１中规定：焊接加固时，加固处及其相邻区段结构的最大初始名义应力为盯。…，名义应力比限值卢。见表２规定。
规程∞１主要根据相关工程经验和试验，同时参考了前苏联的相关资料，规定了应力比卢：，见表３。
表２类别
Ｉ
ⅡⅢⅣ
２
承受静力荷载或间接承受动力荷载的构件
通过表２与表３的比较可以看出，规范嵋１对应力比限值的要求较规程＂１严格，设计偏于安全。特别是在受静载时，前者的应力比限值为０．５５。当应力比限值较小时，虽然其施工过程更安全且后期工作性能更稳定，但其负载下加固的应用范围更小。若应力比限值较大，其焊接加固过程中的变形就越大，新增构件的应力滞后效应更严重。故其加固施工的安全性与其后期工作性能的稳定性均得不到保障。
ＣＥＣＳ７７：９６中负荷下焊接加固的应力比限值
使用条件
特繁重动力荷载作用下的焊接结构除Ｉ外直接承受动力荷载或振动荷载的结构除Ⅳ外仅承受静力荷载或间接动力荷载作用的结构
受有静力荷载并允许按塑性设计的结构
卢Ｉ。“
Ｏ．２０．４ｏ．５５Ｏ．５５
３４
建嶷科学第３０卷
２设计计算公式对比
目前节点加固设计过程中常用的规范主要有：
ｃＥｃｓ７７：９６、ＹＢ
焊缝强度影响系数，按表４采用）外，其他均按盯，＝
盎≤ＪＢ弄，√（岳）２＋下；≤片（卢ｒ为正面角焊缝强
度设计值增大系数：对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构取１．２２；对于直接承受动力荷载的结构取１．０）。
表４焊缝强度影响系数，，，
９２５７—９６和《钢结构高强度螺栓连
接技术规程》（ＪＧＪ８２—２０１１）¨１，并参照《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）Ｈ１与《高层民用建筑钢结构技术规程》（ＪＧＪ９９—９８）¨１进行加固设计。以下将对两种常用节点形式的加固计算公式进行列表对比。
２．１
加固焊缝总长度Ｉ≥６００
田ｆ
１．Ｏ
３０００．９
２００ｏ．８
ｌｏｏＯ．６５
５００．２５
Ｉ≤３０
ｏ
端板连接节点端板侧焊缝加固
端板连接节点在规范¨１与规程”１中均未给出
具体的计算和设计方案，但目前却广泛应用于实际工程中，其节点的受力和加固方法如图３所示。
———
在各加固计算方法中，均未计算该类节点弯矩在焊缝部位所产生正应力和在螺栓处产生的拉力，对新增荷载在两者之间的分配关系也未提及，本文假定梁、柱的承载力足够大，其不同设计方法对比如表５。其中，下，：沿焊缝长度方向的剪应力；
一
，√０：。蔬卫ｊ
Ⅳ。，：摩擦型高强度螺栓连接受剪承载力设计值；Ⅳ。：侧焊缝受剪承载力设计值；Ⅳ。。：栓焊并用连接受剪承载力设计值；Ⅳ“：高强度摩擦型螺栓滑动强度；Ⅳ。．。：高强度螺栓的最大强度；Ⅳ…：侧焊缝连接的最大强度；Ⅳ“栓焊并用连接最大强度。
图３端板连接节点侧焊缝加固示意图
规范。２１中规定如有根据可采用焊缝和螺栓共同受力，本文仅考虑无根据时焊缝单独承受全部新
由图可知，加固焊缝在各种合力的作用下将承受正应力矿和剪应力下，其各种加固计算方法中，除
增荷载。规程¨。与日本学者均考虑了焊缝和螺栓共同受力，并采用不同的分配方式，本文还将采用具体算例进行对比分析。
规范［２１中规定旷老≤∥，衙≤叼∥（舳
设计方法
剪力
ＣＥＣＳ７７：９６
ｌ，
ＪＧＪ
表５端板连接节点加固设计方法对比
８２—２０１１
日本学者
Ⅳ。＝１．０９（Ⅳ。．。＋Ⅳ。．ｂ）或，ｖ。＝Ⅳ。，．＋Ｏ．６２ＪＩｖ。ｔｈ
Ⅳ，ｂ：Ⅳｂ＋０．７５｜ｖｈ
剪应力
ｆｆ：毒≤ｏ．８趼７‘２瓦刮“Ｖ‘
”毪≤片
７‘２瓦刮‘
方法与原则，其不同设计方法对比如表６。其中，Ｍ，：梁柱连接处设计弯矩；ＭｃＤ．加固后盖板承担的弯矩；肘。：加固后原节点承担的弯矩；匕：塑性铰处梁
２．２钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固
钢框架梁柱节点在实际工程中应用广泛，且在规程¨１中有较为详细的计算和设计方案，但对于其加固的设计方法研究仍然较少，其受力和加固方法如图４。
规程”ｏ规定梁与柱连接时，节点的剪力仅由梁腹板连接承担，且盖板加固并未对腹板进行加固，故本文仅对该节点的弯矩承载力进行对比分析。国内对于盖板加固的研究较少，清华大学的杨文¨川对其做了具体分析，国外主要在ＦＥＭＡ中有相关的设计
的设计剪力大小，匕：孕＋华，Ｌ，：￡一２口一２×
’
Ｌ二
÷，￡’为塑性铰之间距离，加为梁自重或其他均布荷
载；Ｍｐ、肘，，：梁的塑性弯矩；叼：考虑盖板焊接参与应力影响的放大系数，取１．１—１．２；口：盖板长度；ｄ：梁截面高度；省：塑性铰到柱翼缘的距离。
第７期
罗睿奇，等：钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
３．１
加固盖板
３５
端板连接节点端板侧焊缝加固
梁柱均采用焊接Ｈ型钢，梁截面尺寸为３００×
２００×８×１２，柱截面尺寸为３００×２５０×８×１２，且柱翼缘在端板外伸边缘两边１００ｍｍ范围内局部加厚，
Ｉ
ｒ…。
川：Ｉ、７
＾，ｊ—旦
其厚度与端板厚度相同，均为２０ｍｍ。螺栓为１０．９级Ｍ２０摩擦型高强度螺栓，其余零部件与大构件的材料均为Ｑ３４５Ｂ钢。焊角尺寸根据规范分别采用：７ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ。端板详细尺寸如图６所示，端板加劲肋为等边直角三角形，直角边长为１００ｍｍ，其厚度为１０ｍｍ。
ｌ———．————一ｈ，：。—————————————————————————————～卜——————一Ｋ＿＿＿＿—＿—＿・————————一
¨、ｌ
图４钢框架梁柱节点加固示意图表６盖板加固节点设计方法对比
设计方法
Ｍ。。（ｋＮ‘ｍ）Ｍｈ（ｋＮ・ｍ）Ｍｆ（ｋＮ・ｍ）
ＪＧＪ
９９—９８
‰：南膨
＾ｆｈ＝叩（肘一．】Ｉｆ。。）
文献［１３］
ＦＥＭＡ
摹
图６端板详细尺寸
肼ｆ＝‘×Ｅ
峨＝匕（ｎ＋÷）＋埤
ＭＩ＝ＭＦ＋ｖ一
目前所有关于盖板加固的设计方法中，均考虑塑性铰在梁高１／３的偏移量，也均建议盖板长度为１／２—２／３梁高、盖板厚度０．８～１．２梁翼缘厚度，文献［１３］对梁与盖板在负载下，弯矩在两者之间的分配进行了详细的研究，其节点受力状态如图５。
——————一一
各规范、规程和文献资料中，均只提到了栓焊并用连接时的抗剪性能，但对其弯矩在焊缝和螺栓中的分配并未提及，本文将按规范Ｈ’计算其抗弯承载
力。查规范得出：ｆ＝２００Ｎ／ｍｍ２，ｒ＝３１０Ｎ／ｍｍ２，ｆ
＝５００Ｎ／ｍｍ２，弘＝Ｏ．５０，Ｐ＝１５５ｋＮ。计算得出梁的全塑性抗弯承载力为肘＝３０６ｋＮ・ｍ、抗剪承载力为
ｙ＝４４５ｋＮ，端板未焊接加固时的抗弯承载力为帆
＝２４１．１ｋＮ・ｍ，抗剪承载力为Ｋ＝７７８．７ｋＮ。不同
，。Ｉ●塑性铰
、Ｔ一
计算方法、不同焊角尺寸和不同加固方法（如图７）的最终计算结果如表７。
一
≮
号｜
图５钢框架梁柱节点加固受力状态
３
算例分析
为直观地看出不同计算方法、不同焊角尺寸对
端板连接节点加固的影响和不同盖板尺寸对钢框架梁柱节点加固的影响，以下将进行详细算例分析，分析中忽略梁的轴力对节点承载力的影响。
【ａ）侧面角焊缝加固
（ｂＪ围焊加固
图７端板连接节点加固示意图
３６
建筑科学
表７端板连接节点加固计算结果对比
设计方法
＾ｒ／ｍｍｙ。１／ｋＮ
７４２０５０７４２０５０７５８３１３３５３５７５０８
ＣＥＣＳ７７：９６
９５４０６６２５４０６６２７５０１７３６３９１５８８
１ｌ６６０７９１６６０７９ｌ９１７２１４５４２４６７０
７１００４１０９ｌ１０８３１１７０５８３１３３５３５７５０８
ＪＧＪ
第３０卷
８２—２０１１
９１１２４１２４６１２０３１３２５７５０１７３６３９１５８８
１ｌ１２４４１３７５１３２３１４５４９１７２１４５４２４６７０
７９０３９９０９７７１０６４５８３１３３５３５７５０８
日本学者
９１０２３１１４５１０９７１２１９７５０１７３６３９ｌ５８８
１１１１４３１２７４１２１７１３４８９１７２１４５４２４６７０
Ｋｌ／ｋＮ
％／ｋＮ
ｙｈ２／ｋＮ彤，ａ／ｃｍ３
哆ｂ／ｃｍ３
肼。／ｋＮ・ｍ肘ｂ／ｋＮ・ｍ
表中各数值均为当梁柱强度足够时，节点的承
影响，除由于节点抗弯性能不足时，不应采用端板围焊加固。
３）当负载下加固计算时，规范口。计算得过于保守，规程。６１和日本学者所提出的计算方法更经济合理，但是其中焊缝和螺栓受力的分配系数还有待进一步研究完善。
３．２钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固
当盖板厚度太小时，则不能达到预期的加固效果；当盖板厚度过大时，其与柱翼缘之间的焊接尺寸较大，焊接过程中产生的焊接预应力对结构的影响又不可忽视。本文采用梁为４００ｍｍ×１５０ｍｍ×８ｍｍ×１２ｍｍ、柱为４５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１２ｍｍ×１６ｍｍ的焊接Ｈ型钢进行计算。螺栓为１０．９级Ｍ２０摩擦型高强度螺栓，其余零部件与大构件的材料均为Ｑ３４５Ｂ钢。选用盖板长３００ｍｍ，其厚度分别为１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ，如表８。
载能力极限值；ｙ¨Ｋ。为非负载下的抗剪承载力；
ｙ。：、Ｋ：为名义应力比０．２５时的抗剪承载力；形。、形。。与Ｍ。、Ｍ。分别为焊缝截面模量和其抗弯承载力；下标ａ、ｂ分别表示两种不同加固方法。对比上述计算可得出以下结论：
１）从本算例可以看出，当端板采用７ｍｍ侧面角焊缝时，其抗剪、抗弯承载力已经超出了梁的抗剪、抗弯承载力，若增加焊角尺寸或围焊，对结构的整体承载力并无影响，但其焊接热所产生残余应力却对结构极其不利，且加固方法ｂ加固后的抗剪承载力较加固方法ａ提升不明显，但端部角焊缝焊接时所产生残余应力的影响却不可忽略，除特殊情况外，不应对端板进行围焊加固。
２）加固方法ｂ加固后的抗弯承载力较加固方法ａ提升明显，但考虑到焊接热对结构残余应力的
表８盖板加固节点加固计算结果对比
文献［１３］
设计方法
ＪＧＪ
９９—９８
０
应力比
Ｏ．２５１０
１６１１３９３００
１６１２０５３６６
Ｏ
应力比
０．２５１２
１９４１３８３３２
１９８２０４３９２
０
应力比
０．２５１４
２２６１３６３６２
２２６２０２４２８
ｌＯ１６１２６５４２６
ＦＥＭＡ
Ｖｍｍｊｌｆ。。／ｋＮ＋ｍ肘ｂ／ｋＮ・ｍ肼／ｋＮ・ｍ
１０１６１２６５４２６
１２１９４２６５４５９
１４２２６２６５４９１
１２１９４２６５４５９
１４２２６２６５４９ｌ
规程∞１和ＦＥＭＡ中均未提到负载下梁与盖板如何分配弯矩，该算例中只有文献［１３］提出了负载下弯矩在梁与盖板上的分配方法。其中“０”表示未负载，“０．２５”表示其名义应力比。对比上述结果可以得出以下结论：
１）当盖板从１０ｍｍ增加到１４ｍｍ后，其承载能力极限值有所增强，但盖板厚度不宜太大，当厚度超过梁翼缘厚度的１．２倍时，考虑到梁翼缘所能承受
的弯矩有限，故不宜过度加大盖板厚度；当增加盖板长时，根据文献［１３］所提出的计算理论，其塑性铰将向梁中心移动，会增加节点所分配到的弯矩，故也不宜过度增加盖板长度。
２）当该节点未加固时，所能承受的最大弯矩为
２６５
ｋＮ・ｍ，可以看出，盖板加固后，其节点承载性能
的提升很明显，但其梁翼缘和盖板弯矩的分配还有待进一步深入研究。
第７期罗睿奇，等：钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
３７
４
结语
１）钢结构节点加固需要考虑诸多因素，最重要
的是选取加固类型和加固截面尺寸。最终采取何种加固类型和加固尺寸，需根据相关因素、经济条件、施工环境等综合考虑。
２）负载下节点的焊接加固必须满足一定的应力比限值要求，然而规范中对于其限值要求还存在较大差异，且具体限值还有待进一步研究确定。当加固时应力比过大，可能导致加固效果不明显或施工安全得不到保障；当加固时应力比过小，使得负载加固的应用面变窄，但偏于安全。
３）焊接加固过程中，增加焊角尺寸或盖板尺寸，有时对加固后承载性能提升并不明显，但由于增加尺寸，所增加的焊接残余应力是不可忽视的，故其焊角尺寸或盖板尺寸应控制在一个范围内，这个范围还有待进一步研究。国内各规范对于负载下焊接加固中新增荷载在原构件和加固焊缝或加固构件中的分配系数几乎没有规定。为了加固设计的经济合理，应对其分配系数进行更深入的研究，并对其他学者所提出的分配系数进行优化改进。参考文献
［１］
罗睿奇，王元清，肖建春，石永久．负载下钢结构梁柱节点加
固技术及其工程应用．十三届全国现代结构工程学术研讨会
『ｃ１，２０１３：８９４－９０ｌ
ｃＥｃｓ７７：９６，钢结构加固技术规范［ｓ］
ＹＢ９２５７—９６，钢结构检测评定及加固技术规程［ｓ］ＧＢ５００１７—２００３，钢结构设计规范［ｓ］
ＪＧＪ９９—９８，高层民用建筑钢结构技术规程［ｓ］ＪＧＪ
８２—２０ｌｌ，钢结构高强度螺栓连接技术规程［ｓ］
ＦＥＭＡ－２６７ａ．ＩｎｔｅｒｉｍＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｒｅｐａｉｒ，Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ａｎｄ
Ｄｅｓｊｇｎ
ｏｆ
Ｗｅｌｄｅｄ
Ｓｔｅｅｌ
Ｍｏｍｅｎｔ
Ｆｒａｍｅ
Ｓｔｍｃｔｕｒｅｓ．ＵＳＡ：ＦｅｄｅｍｌＥｍｅｒｇｅｎｃｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡｇｅｎｃｙ，１９９５
ＦＥＭＡ－２６７ｂ．Ｉｎｔｅ一瑚Ｇｕｉｄｅｌ佃ｅｓＡｄｖｊｓｏｒｙＮｏ．２．ＵＳＡ：ＦｅｄｅｍｌＥｍｅ唱ｅｎ。ｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡｇｅｎｃｙ，１９９９
ＦＥＭＡ．ＦＥＭＡ．３５５Ｄ．ＳｔａｔｅｏｆｔｈｅＡｎ
Ｒｅｐｏｒｔ
ｏｎ
ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＰｅｒｆｏ皿ａｎｃｅ．
ＵＳＡ：
ＦｅｄｅｒａｌＥｍｅｒｇｅｎｃｙ
Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
Ａｇｅｎｃｙ，
２０００
ｍ
日本钢构造协会接合小委员会．高强度螺栓结合［Ｍ］．王玉
¨
他
ｉ
春，陈鸿德，史永吉，沈家骅译．北京：中国铁道出版社，１９８４
施刚．钢框架半刚性端板连接的静力和抗争性能研究［Ｄ］．
北京：清华大学土木工程系，２００４
熊俊．强震作用下钢框架焊接节点损伤性能和计算模型研究［Ｄ］．北京：清华大学土木工程系，２０ｌｌ
＂］
杨文．钢结构梁柱刚接节点负载下抗震加固的受力性能研究［Ｄ］．北京：清华大学土木工程系，２００６
¨］石永久，王磊，王元清，白润山，麻建锁，李敏峰．钢结构高强度螺栓与侧焊并用连接建议设计方法［Ｊ］．工业建筑，２０１３，
４３（３）：１０８—１１２
［８］
［９］
钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
作者：作者单位：
罗睿奇， 王元清， 肖建春， 张天申， Luo Ruiqi， Wang Yuanqing， Xiao Jianchun， ZhangTianshen
罗睿奇,肖建春,Luo Ruiqi,Xiao Jianchun(贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳,550003)， 王元清,张天申,Wang Yuanqing,Zhang Tianshen(清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室,北京,100086)建筑科学
Building Science2014,30(7)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
引用本文格式：罗睿奇.王元清.肖建春.张天申.Luo Ruiqi.Wang Yuanqing.Xiao Jianchun.Zhang Tianshen 钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比[期刊论文]-建筑科学 2014(7)
第３０卷第７期２０１４年７月
建
麓
科学
Ｖ０１．３０．Ｎｏ．７Ｊｕｌ－２０１４
ＢＵＩＬＤＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ
［文章编号］ｌ００２－８５２８（２０１４）０７－００３２旬６ＤｏＩ：１０．１３６１４／ｊ．ｃｎｋｉ．１ｌ—１９６２／ｔｕ．２０１４．０７．００７
钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
罗睿奇１，王元清２，肖建春１，张天申２（１．贵州大学空间结构研究中心，贵州贵阳５５０００３；２．清华大学土木工程系
清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京１０００８６）
［摘要］钢结构建筑在规定的时间与条件下，受各种因素的影响或已不能满足现有的使用功能的要求，故需对其进行必要的加固，使之满足现阶段的使用功能要求。为在加固的过程中不影响正常的生产和生活，负载下加固钢结构节点的方法应用越来越广泛，但是相关研究却很少。目前除了少量的国外协会标准和相关文献外，我国只有两本规范有所涉及。本文将根据相关规范、规程和协会标准等，对钢结构节点加固的原则和方法进行系统介绍与对比，同时找出各种相关方法的差异与不足，为后续的规范修订和研究提供科学依据与参考。
【关键词］钢结构；节点；负载下；加固；设计方法［中图分类号］Ｔｕ３９１［文献标识码］Ａ
ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
￡ＭｏＲｕｉｇｉｌ，
ｏｎ
ＳｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｓｏｆＳｔｅｅｌＳｔｍｃｔｕｒｅＢｅａｍ—ｔｏ—ｅｏｌｕｍｎＮｏｄｅ
耽，培ｙＭ口ｎｇ西１９２，
Ｘｉ口。五口ｎｃ＾“ｎ１，
Ｚ＾口，曙
扎口，ｕ＾ｅｎ２（１．
却口ｃｅ｜ｓｔｒＭｃｆｕｒＥｓ
Ｒｅ５ｅ口ｒｃ＾ｃｅ，ｌｔｅｒ
ｏ，ＧⅡ触。ｕ
№西ｅ”毋，Ｇｕ咖增４０００４５，傩ｉ，ｌ口；２．‰，，如６０ｍｆｏｖ∥ｃ删Ｅ昭ｉ聊ｅｒｉ昭ｓ咖ｔ，，口，ｌｄＤｕｍ枷耖旷ｍｉ厅口Ｅｄｕｃｎｔｉｏ凡肘ｉｎ括ｆ∥，
Ｄ号Ｐｏｎｍｅ小ｏ，Ｃｉ秽“Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ，ｌｇ，７飞伽ｇ＾“ｏｕｎｉ创ｅ船ｉ钞，曰ｅ咖ｎｇ１０００８４，Ｃ＾ｉｎ口）Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ａｆ琵ｃｔｅｄｂｙｖａｒｉｏｕｓｉｎｎｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｉｎｓｐｅｃｉｆｉｃｔｉｍｅ
ｎｏｔ
ａｎｄｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，
ｓｔｅｅｌ
ｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅ
ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｍａｙｎｅｅｄｂｅｅｎ
ｎｏｗ，
ａｓ
ｓｕｉｔｆｏｒｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｅｒ、ｒｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｕｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｏｆｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅｉｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｉｎ
ｔｏ
ｔｈｅｆｈｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｎｏｄｅｓｏｆｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｌｏａｄｈａｓ
ｃｏｍｍｏｎｌｙ
ｉｎ
ｕｓｅｄ
ｔｏ
ｔｏ
ａｖｏｉｄｉｎｎｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｎｏｒｍａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｌｉＶｉｎｇｗｈｉｌｅｒｅｌｅｖａｎｔｓｔｕｄｉｅｓｌａｇｂｅｈｉｎｄ．Ｕｎｔｉｌ
ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ
ａｄｄｉｔｉｏｎｆｂｗｆｏｒｅｉｇｎｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄ
ｒｅｌａｔｅｄｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ￥，
ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
ｏｎｌｙ
ｔｗｏ
Ｃｈｉｎｅｓｅ
ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｒｅｌｅｖａｎｔｃｏｄｅ。ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎｏｄｅｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｉｎｓｔｅｅｌｓｔｍｃｔｕｒｅｒｅｌａｔｅｄｍｅｔｈｏｄｓ１【ｅｙｗｏｒｄｓ：
ａｒｅ
ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．
Ａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｐｏｉｎｔｅｄ
ｏｕｔａｓ
ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓａｎｄｒｅｆｂｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆｂｌｌｏｗ．ｕｐｃｏｄｅｒｅｖｉｓｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．
ｓｔｅｅｌｓｔｍｃｔｕｒｅ；ｎｏｄｅ；ｕｎｄｅｒｌｏａｄ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ；ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ
０
引言
常用的钢结构节点负载下加固方法主要有以下
的《钢结构加固技术规范》（ｃＥｃｓ７７：９６）旧１和《钢结构检测评定及加固技术规程》（ＹＢ９２５７—９６）旧１，且需要补充完善。
本文主要针对负载下轻型房屋钢结构端板连接节点端板侧焊缝加固与负载下钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固两类节点（如图１与图２），根据相关规范、规程和有关文献通过算例进行分析比较，同时找出现有规范、规程和常用设计方法的差异与不足，为规范的修订提供参考。
１
六种…：梁翼缘加盖板加固、梁翼缘加侧向盖板加固、梁翼缘加腋加固、梁翼缘加肋板加固、端板角焊与围焊加固、高强度螺栓加固。虽然目前负载下钢结构焊接节点加固应用很多，但是国内外针对该方法的研究甚少，目前除了美国的ＦＥＭＡ３５５Ｄ”１和前苏联的《改建企业钢结构加固计算建议》，只有我国
设计原则与负载加固应力比限值对比
设计原则对比
目前节点负载下加固主要有两种计算原则：一
［收稿日期】２０１３－０９－２２
【基金项目】《钢结构加固设计规范》国家标准建设组科研专题课题
（Ｎｏ．２０１３一０２）
１．１
［作者简介】多睿奇（１９９０一）。，男，硕士
［联系方式】ｗａｎｇ－ｙｑ＠ｍａｉｌ－ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ一
是考虑加固后新增荷载完全由新增加固件独立承
第７期罗睿奇，等：钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
３３
规范’２１中规定钢结构连接的加固方法应根据结构需要加固的原因、目的、受力状态、构造及施工条件，并考虑到结构原有的连接方法而确定，可采用焊缝、普通螺栓和高强度螺栓连接等加固方法。要求在同一受力部位连接的加固中，不宜采用刚度相差较大的且仅考虑其中刚度较大的连接承受全部作用力。若有根据时才可以采用焊缝和摩擦型高强度螺栓共同受力的混合连接。但规程¨１中已说明在
图１
端板连接节点端板侧焊缝加固
何种条件下可以采用焊接与高强度螺栓混合连接的方法，相比之下，后者更加严谨，前者所规定的“根据”也是目前研究所缺乏的，还需进一步试验分析。
～一●■■■●■■■■Ｌ
一＇一
规范嵋１中又规定负载下加固时，如采用焊缝或螺栓加固而需要拆除原有连接，必须采取合理的施工工艺和安全措施，并进行核算以保证结构具有足够的承载力，但规程＂１中却未有任何要求。前者的要求是非常必要的，可保证结构在负载下加固施工安全有序和加固后共同工作的可靠性。１．２负载加固应力比限值对比
钢结构节点的加固施工方法可分为以下三种：
÷
÷÷
１■■■■■■■■－
图２钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固
拆下加固、卸载下加固、负载下加固，见表１所示。为不影响正常的生产和生活，钢结构节点负载下加固方法应用越来越普遍。
表ｌ加固施工方法
担；二是考虑加固后新增荷载由加固件和被加固件共同承担。
施工方法使用范围
承载能力过小，无法通过补强来加固应力过大或承受动荷载，不得不进行卸载要求不影响正常生产、生活，应力满足限值
局限性工作量
施工较复杂，工作量最大
拆下加固
卸载加固负载加固
影响正常的生产和生活影响正常的生产和生活对初始应力有要求表３
类别
１
施工方便，工作量较小施工最方便，工作量最小
为确保节点加固的安全性及加固后工作的可靠性，节点的负载加固需要满足一定的负载条件，通常
ＹＢ
９２５７—９６中负荷下焊接加固的应力比限值
使用条件
承受动力荷载的构件
卢２。缸
０．４０．８
通过Ｉ盯一组ｌ（应力比）的限值卢来表示。规
范旧１中规定：焊接加固时，加固处及其相邻区段结构的最大初始名义应力为盯。…，名义应力比限值卢。见表２规定。
规程∞１主要根据相关工程经验和试验，同时参考了前苏联的相关资料，规定了应力比卢：，见表３。
表２类别
Ｉ
ⅡⅢⅣ
２
承受静力荷载或间接承受动力荷载的构件
通过表２与表３的比较可以看出，规范嵋１对应力比限值的要求较规程＂１严格，设计偏于安全。特别是在受静载时，前者的应力比限值为０．５５。当应力比限值较小时，虽然其施工过程更安全且后期工作性能更稳定，但其负载下加固的应用范围更小。若应力比限值较大，其焊接加固过程中的变形就越大，新增构件的应力滞后效应更严重。故其加固施工的安全性与其后期工作性能的稳定性均得不到保障。
ＣＥＣＳ７７：９６中负荷下焊接加固的应力比限值
使用条件
特繁重动力荷载作用下的焊接结构除Ｉ外直接承受动力荷载或振动荷载的结构除Ⅳ外仅承受静力荷载或间接动力荷载作用的结构
受有静力荷载并允许按塑性设计的结构
卢Ｉ。“
Ｏ．２０．４ｏ．５５Ｏ．５５
３４
建嶷科学第３０卷
２设计计算公式对比
目前节点加固设计过程中常用的规范主要有：
ｃＥｃｓ７７：９６、ＹＢ
焊缝强度影响系数，按表４采用）外，其他均按盯，＝
盎≤ＪＢ弄，√（岳）２＋下；≤片（卢ｒ为正面角焊缝强
度设计值增大系数：对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构取１．２２；对于直接承受动力荷载的结构取１．０）。
表４焊缝强度影响系数，，，
９２５７—９６和《钢结构高强度螺栓连
接技术规程》（ＪＧＪ８２—２０１１）¨１，并参照《钢结构设计规范》（ＧＢ５００１７—２００３）Ｈ１与《高层民用建筑钢结构技术规程》（ＪＧＪ９９—９８）¨１进行加固设计。以下将对两种常用节点形式的加固计算公式进行列表对比。
２．１
加固焊缝总长度Ｉ≥６００
田ｆ
１．Ｏ
３０００．９
２００ｏ．８
ｌｏｏＯ．６５
５００．２５
Ｉ≤３０
ｏ
端板连接节点端板侧焊缝加固
端板连接节点在规范¨１与规程”１中均未给出
具体的计算和设计方案，但目前却广泛应用于实际工程中，其节点的受力和加固方法如图３所示。
———
在各加固计算方法中，均未计算该类节点弯矩在焊缝部位所产生正应力和在螺栓处产生的拉力，对新增荷载在两者之间的分配关系也未提及，本文假定梁、柱的承载力足够大，其不同设计方法对比如表５。其中，下，：沿焊缝长度方向的剪应力；
一
，√０：。蔬卫ｊ
Ⅳ。，：摩擦型高强度螺栓连接受剪承载力设计值；Ⅳ。：侧焊缝受剪承载力设计值；Ⅳ。。：栓焊并用连接受剪承载力设计值；Ⅳ“：高强度摩擦型螺栓滑动强度；Ⅳ。．。：高强度螺栓的最大强度；Ⅳ…：侧焊缝连接的最大强度；Ⅳ“栓焊并用连接最大强度。
图３端板连接节点侧焊缝加固示意图
规范。２１中规定如有根据可采用焊缝和螺栓共同受力，本文仅考虑无根据时焊缝单独承受全部新
由图可知，加固焊缝在各种合力的作用下将承受正应力矿和剪应力下，其各种加固计算方法中，除
增荷载。规程¨。与日本学者均考虑了焊缝和螺栓共同受力，并采用不同的分配方式，本文还将采用具体算例进行对比分析。
规范［２１中规定旷老≤∥，衙≤叼∥（舳
设计方法
剪力
ＣＥＣＳ７７：９６
ｌ，
ＪＧＪ
表５端板连接节点加固设计方法对比
８２—２０１１
日本学者
Ⅳ。＝１．０９（Ⅳ。．。＋Ⅳ。．ｂ）或，ｖ。＝Ⅳ。，．＋Ｏ．６２ＪＩｖ。ｔｈ
Ⅳ，ｂ：Ⅳｂ＋０．７５｜ｖｈ
剪应力
ｆｆ：毒≤ｏ．８趼７‘２瓦刮“Ｖ‘
”毪≤片
７‘２瓦刮‘
方法与原则，其不同设计方法对比如表６。其中，Ｍ，：梁柱连接处设计弯矩；ＭｃＤ．加固后盖板承担的弯矩；肘。：加固后原节点承担的弯矩；匕：塑性铰处梁
２．２钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固
钢框架梁柱节点在实际工程中应用广泛，且在规程¨１中有较为详细的计算和设计方案，但对于其加固的设计方法研究仍然较少，其受力和加固方法如图４。
规程”ｏ规定梁与柱连接时，节点的剪力仅由梁腹板连接承担，且盖板加固并未对腹板进行加固，故本文仅对该节点的弯矩承载力进行对比分析。国内对于盖板加固的研究较少，清华大学的杨文¨川对其做了具体分析，国外主要在ＦＥＭＡ中有相关的设计
的设计剪力大小，匕：孕＋华，Ｌ，：￡一２口一２×
’
Ｌ二
÷，￡’为塑性铰之间距离，加为梁自重或其他均布荷
载；Ｍｐ、肘，，：梁的塑性弯矩；叼：考虑盖板焊接参与应力影响的放大系数，取１．１—１．２；口：盖板长度；ｄ：梁截面高度；省：塑性铰到柱翼缘的距离。
第７期
罗睿奇，等：钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
３．１
加固盖板
３５
端板连接节点端板侧焊缝加固
梁柱均采用焊接Ｈ型钢，梁截面尺寸为３００×
２００×８×１２，柱截面尺寸为３００×２５０×８×１２，且柱翼缘在端板外伸边缘两边１００ｍｍ范围内局部加厚，
Ｉ
ｒ…。
川：Ｉ、７
＾，ｊ—旦
其厚度与端板厚度相同，均为２０ｍｍ。螺栓为１０．９级Ｍ２０摩擦型高强度螺栓，其余零部件与大构件的材料均为Ｑ３４５Ｂ钢。焊角尺寸根据规范分别采用：７ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ。端板详细尺寸如图６所示，端板加劲肋为等边直角三角形，直角边长为１００ｍｍ，其厚度为１０ｍｍ。
ｌ———．————一ｈ，：。—————————————————————————————～卜——————一Ｋ＿＿＿＿—＿—＿・————————一
¨、ｌ
图４钢框架梁柱节点加固示意图表６盖板加固节点设计方法对比
设计方法
Ｍ。。（ｋＮ‘ｍ）Ｍｈ（ｋＮ・ｍ）Ｍｆ（ｋＮ・ｍ）
ＪＧＪ
９９—９８
‰：南膨
＾ｆｈ＝叩（肘一．】Ｉｆ。。）
文献［１３］
ＦＥＭＡ
摹
图６端板详细尺寸
肼ｆ＝‘×Ｅ
峨＝匕（ｎ＋÷）＋埤
ＭＩ＝ＭＦ＋ｖ一
目前所有关于盖板加固的设计方法中，均考虑塑性铰在梁高１／３的偏移量，也均建议盖板长度为１／２—２／３梁高、盖板厚度０．８～１．２梁翼缘厚度，文献［１３］对梁与盖板在负载下，弯矩在两者之间的分配进行了详细的研究，其节点受力状态如图５。
——————一一
各规范、规程和文献资料中，均只提到了栓焊并用连接时的抗剪性能，但对其弯矩在焊缝和螺栓中的分配并未提及，本文将按规范Ｈ’计算其抗弯承载
力。查规范得出：ｆ＝２００Ｎ／ｍｍ２，ｒ＝３１０Ｎ／ｍｍ２，ｆ
＝５００Ｎ／ｍｍ２，弘＝Ｏ．５０，Ｐ＝１５５ｋＮ。计算得出梁的全塑性抗弯承载力为肘＝３０６ｋＮ・ｍ、抗剪承载力为
ｙ＝４４５ｋＮ，端板未焊接加固时的抗弯承载力为帆
＝２４１．１ｋＮ・ｍ，抗剪承载力为Ｋ＝７７８．７ｋＮ。不同
，。Ｉ●塑性铰
、Ｔ一
计算方法、不同焊角尺寸和不同加固方法（如图７）的最终计算结果如表７。
一
≮
号｜
图５钢框架梁柱节点加固受力状态
３
算例分析
为直观地看出不同计算方法、不同焊角尺寸对
端板连接节点加固的影响和不同盖板尺寸对钢框架梁柱节点加固的影响，以下将进行详细算例分析，分析中忽略梁的轴力对节点承载力的影响。
【ａ）侧面角焊缝加固
（ｂＪ围焊加固
图７端板连接节点加固示意图
３６
建筑科学
表７端板连接节点加固计算结果对比
设计方法
＾ｒ／ｍｍｙ。１／ｋＮ
７４２０５０７４２０５０７５８３１３３５３５７５０８
ＣＥＣＳ７７：９６
９５４０６６２５４０６６２７５０１７３６３９１５８８
１ｌ６６０７９１６６０７９ｌ９１７２１４５４２４６７０
７１００４１０９ｌ１０８３１１７０５８３１３３５３５７５０８
ＪＧＪ
第３０卷
８２—２０１１
９１１２４１２４６１２０３１３２５７５０１７３６３９１５８８
１ｌ１２４４１３７５１３２３１４５４９１７２１４５４２４６７０
７９０３９９０９７７１０６４５８３１３３５３５７５０８
日本学者
９１０２３１１４５１０９７１２１９７５０１７３６３９ｌ５８８
１１１１４３１２７４１２１７１３４８９１７２１４５４２４６７０
Ｋｌ／ｋＮ
％／ｋＮ
ｙｈ２／ｋＮ彤，ａ／ｃｍ３
哆ｂ／ｃｍ３
肼。／ｋＮ・ｍ肘ｂ／ｋＮ・ｍ
表中各数值均为当梁柱强度足够时，节点的承
影响，除由于节点抗弯性能不足时，不应采用端板围焊加固。
３）当负载下加固计算时，规范口。计算得过于保守，规程。６１和日本学者所提出的计算方法更经济合理，但是其中焊缝和螺栓受力的分配系数还有待进一步研究完善。
３．２钢框架梁柱节点梁翼缘盖板加固
当盖板厚度太小时，则不能达到预期的加固效果；当盖板厚度过大时，其与柱翼缘之间的焊接尺寸较大，焊接过程中产生的焊接预应力对结构的影响又不可忽视。本文采用梁为４００ｍｍ×１５０ｍｍ×８ｍｍ×１２ｍｍ、柱为４５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１２ｍｍ×１６ｍｍ的焊接Ｈ型钢进行计算。螺栓为１０．９级Ｍ２０摩擦型高强度螺栓，其余零部件与大构件的材料均为Ｑ３４５Ｂ钢。选用盖板长３００ｍｍ，其厚度分别为１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ，如表８。
载能力极限值；ｙ¨Ｋ。为非负载下的抗剪承载力；
ｙ。：、Ｋ：为名义应力比０．２５时的抗剪承载力；形。、形。。与Ｍ。、Ｍ。分别为焊缝截面模量和其抗弯承载力；下标ａ、ｂ分别表示两种不同加固方法。对比上述计算可得出以下结论：
１）从本算例可以看出，当端板采用７ｍｍ侧面角焊缝时，其抗剪、抗弯承载力已经超出了梁的抗剪、抗弯承载力，若增加焊角尺寸或围焊，对结构的整体承载力并无影响，但其焊接热所产生残余应力却对结构极其不利，且加固方法ｂ加固后的抗剪承载力较加固方法ａ提升不明显，但端部角焊缝焊接时所产生残余应力的影响却不可忽略，除特殊情况外，不应对端板进行围焊加固。
２）加固方法ｂ加固后的抗弯承载力较加固方法ａ提升明显，但考虑到焊接热对结构残余应力的
表８盖板加固节点加固计算结果对比
文献［１３］
设计方法
ＪＧＪ
９９—９８
０
应力比
Ｏ．２５１０
１６１１３９３００
１６１２０５３６６
Ｏ
应力比
０．２５１２
１９４１３８３３２
１９８２０４３９２
０
应力比
０．２５１４
２２６１３６３６２
２２６２０２４２８
ｌＯ１６１２６５４２６
ＦＥＭＡ
Ｖｍｍｊｌｆ。。／ｋＮ＋ｍ肘ｂ／ｋＮ・ｍ肼／ｋＮ・ｍ
１０１６１２６５４２６
１２１９４２６５４５９
１４２２６２６５４９１
１２１９４２６５４５９
１４２２６２６５４９ｌ
规程∞１和ＦＥＭＡ中均未提到负载下梁与盖板如何分配弯矩，该算例中只有文献［１３］提出了负载下弯矩在梁与盖板上的分配方法。其中“０”表示未负载，“０．２５”表示其名义应力比。对比上述结果可以得出以下结论：
１）当盖板从１０ｍｍ增加到１４ｍｍ后，其承载能力极限值有所增强，但盖板厚度不宜太大，当厚度超过梁翼缘厚度的１．２倍时，考虑到梁翼缘所能承受
的弯矩有限，故不宜过度加大盖板厚度；当增加盖板长时，根据文献［１３］所提出的计算理论，其塑性铰将向梁中心移动，会增加节点所分配到的弯矩，故也不宜过度增加盖板长度。
２）当该节点未加固时，所能承受的最大弯矩为
２６５
ｋＮ・ｍ，可以看出，盖板加固后，其节点承载性能
的提升很明显，但其梁翼缘和盖板弯矩的分配还有待进一步深入研究。
第７期罗睿奇，等：钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
３７
４
结语
１）钢结构节点加固需要考虑诸多因素，最重要
的是选取加固类型和加固截面尺寸。最终采取何种加固类型和加固尺寸，需根据相关因素、经济条件、施工环境等综合考虑。
２）负载下节点的焊接加固必须满足一定的应力比限值要求，然而规范中对于其限值要求还存在较大差异，且具体限值还有待进一步研究确定。当加固时应力比过大，可能导致加固效果不明显或施工安全得不到保障；当加固时应力比过小，使得负载加固的应用面变窄，但偏于安全。
３）焊接加固过程中，增加焊角尺寸或盖板尺寸，有时对加固后承载性能提升并不明显，但由于增加尺寸，所增加的焊接残余应力是不可忽视的，故其焊角尺寸或盖板尺寸应控制在一个范围内，这个范围还有待进一步研究。国内各规范对于负载下焊接加固中新增荷载在原构件和加固焊缝或加固构件中的分配系数几乎没有规定。为了加固设计的经济合理，应对其分配系数进行更深入的研究，并对其他学者所提出的分配系数进行优化改进。参考文献
［１］
罗睿奇，王元清，肖建春，石永久．负载下钢结构梁柱节点加
固技术及其工程应用．十三届全国现代结构工程学术研讨会
『ｃ１，２０１３：８９４－９０ｌ
ｃＥｃｓ７７：９６，钢结构加固技术规范［ｓ］
ＹＢ９２５７—９６，钢结构检测评定及加固技术规程［ｓ］ＧＢ５００１７—２００３，钢结构设计规范［ｓ］
ＪＧＪ９９—９８，高层民用建筑钢结构技术规程［ｓ］ＪＧＪ
８２—２０ｌｌ，钢结构高强度螺栓连接技术规程［ｓ］
ＦＥＭＡ－２６７ａ．ＩｎｔｅｒｉｍＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｒｅｐａｉｒ，Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ａｎｄ
Ｄｅｓｊｇｎ
ｏｆ
Ｗｅｌｄｅｄ
Ｓｔｅｅｌ
Ｍｏｍｅｎｔ
Ｆｒａｍｅ
Ｓｔｍｃｔｕｒｅｓ．ＵＳＡ：ＦｅｄｅｍｌＥｍｅｒｇｅｎｃｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡｇｅｎｃｙ，１９９５
ＦＥＭＡ－２６７ｂ．Ｉｎｔｅ一瑚Ｇｕｉｄｅｌ佃ｅｓＡｄｖｊｓｏｒｙＮｏ．２．ＵＳＡ：ＦｅｄｅｍｌＥｍｅ唱ｅｎ。ｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡｇｅｎｃｙ，１９９９
ＦＥＭＡ．ＦＥＭＡ．３５５Ｄ．ＳｔａｔｅｏｆｔｈｅＡｎ
Ｒｅｐｏｒｔ
ｏｎ
ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＰｅｒｆｏ皿ａｎｃｅ．
ＵＳＡ：
ＦｅｄｅｒａｌＥｍｅｒｇｅｎｃｙ
Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
Ａｇｅｎｃｙ，
２０００
ｍ
日本钢构造协会接合小委员会．高强度螺栓结合［Ｍ］．王玉
¨
他
ｉ
春，陈鸿德，史永吉，沈家骅译．北京：中国铁道出版社，１９８４
施刚．钢框架半刚性端板连接的静力和抗争性能研究［Ｄ］．
北京：清华大学土木工程系，２００４
熊俊．强震作用下钢框架焊接节点损伤性能和计算模型研究［Ｄ］．北京：清华大学土木工程系，２０ｌｌ
＂］
杨文．钢结构梁柱刚接节点负载下抗震加固的受力性能研究［Ｄ］．北京：清华大学土木工程系，２００６
¨］石永久，王磊，王元清，白润山，麻建锁，李敏峰．钢结构高强度螺栓与侧焊并用连接建议设计方法［Ｊ］．工业建筑，２０１３，
４３（３）：１０８—１１２
［８］
［９］
钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比
作者：作者单位：
罗睿奇， 王元清， 肖建春， 张天申， Luo Ruiqi， Wang Yuanqing， Xiao Jianchun， ZhangTianshen
罗睿奇,肖建春,Luo Ruiqi,Xiao Jianchun(贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳,550003)， 王元清,张天申,Wang Yuanqing,Zhang Tianshen(清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室,北京,100086)建筑科学
Building Science2014,30(7)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
引用本文格式：罗睿奇.王元清.肖建春.张天申.Luo Ruiqi.Wang Yuanqing.Xiao Jianchun.Zhang Tianshen 钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比[期刊论文]-建筑科学 2014(7)