工程中的鋼結(jié)構(gòu)不可避免地存在各種缺陷和損傷。在荷載和環(huán)境等因素的作用下，材料發(fā)生變化，引起宏觀力學(xué)性能的劣化，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)工程事故。為確保結(jié)構(gòu)安全工作，延長(zhǎng)使用壽命就必須對(duì)損傷構(gòu)件進(jìn)行更換或加固，更換這些構(gòu)件將造成極大的浪費(fèi)，而且會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用。同時(shí)，結(jié)構(gòu)損傷具有局部性和多發(fā)性特點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)不可能在出現(xiàn)損傷時(shí)就立即退役。因此，尋求經(jīng)濟(jì)高效的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)既是土木工程領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題，又是一個(gè)關(guān)系到社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的問題。
1、鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素及加固技術(shù)措施
鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素有：1）由荷載變化，超期服役，規(guī)范和規(guī)程改變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足；2）構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷等，致使構(gòu)件截面削弱，桿件翹曲，連接開裂等；3）溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲；4）由于化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學(xué)腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱；5）其它包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。
鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)措施主要有三種：1） 截面補(bǔ)強(qiáng)法：在局部或沿構(gòu)件全長(zhǎng)以鋼材補(bǔ)強(qiáng)，連成整體使之共同受力；2） 改變計(jì)算簡(jiǎn)圖：增設(shè)附加支承，調(diào)整荷載分布情況，降低內(nèi)力水平，對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)支座進(jìn)行強(qiáng)迫位移，降低應(yīng)力峰值；3） 預(yù)應(yīng)力拉索法：利用高強(qiáng)拉索加固結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或提高結(jié)構(gòu)整體承載力、剛度和穩(wěn)度。
2、預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)
目前，國內(nèi)外對(duì)預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究、試驗(yàn)和應(yīng)用涉足甚少。因此，如何將高性能預(yù)應(yīng)力CFRP加固技術(shù)引入到鋼結(jié)構(gòu)工程的加固中，以提高鋼結(jié)構(gòu)的承載能力和可靠性，將是鋼結(jié)構(gòu)工程加固領(lǐng)域中的一次技術(shù)革命。
2.1 傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固存在的問題
焊接加固時(shí)，高溫作用使焊接部位的組織及性能劣化；而且焊縫必然存在缺陷，會(huì)產(chǎn)生新的裂紋；焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，與其他作用結(jié)合可能導(dǎo)致開裂。焊接使結(jié)構(gòu)形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴(kuò)展，就有可能一斷到底，引發(fā)重大事故。
采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔，削弱了截面，形成新的應(yīng)力集中區(qū)；普通螺栓在動(dòng)載作用下易松動(dòng)，高強(qiáng)螺栓易發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，降低了結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)效果。
粘鋼加固技術(shù)是在鋼結(jié)構(gòu)表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，依靠結(jié)構(gòu)膠使之粘結(jié)成整體共同工作，以提高結(jié)構(gòu)承載力。
這些加固方法共同的缺點(diǎn)是使結(jié)構(gòu)重量增加很多，鋼板不易制作成各種復(fù)雜形狀，運(yùn)輸和安裝也不方便，且鋼板易銹蝕，影響粘結(jié)強(qiáng)度，維護(hù)費(fèi)用高。
2.2 CFRP粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
CFRP粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)是利用粘結(jié)劑將CFRP粘貼到鋼結(jié)構(gòu)損傷部位的表面，使一部分荷載通過粘結(jié)層傳遞到CFRP上，降低了結(jié)構(gòu)損傷部位的應(yīng)力。粘貼CFRP加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：
1） CFRP的比強(qiáng)度和比剛度高，加固后基本不增加原結(jié)構(gòu)的自重和原構(gòu)件的尺寸；
2） 復(fù)合材料具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能；
3） 柔性的復(fù)合材料對(duì)于任意封閉結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的被加固結(jié)構(gòu)表面具有特別的優(yōu)勢(shì)。密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕的隱患；
4） 簡(jiǎn)便易行、成本低、效率高，在狹小空間亦可施工，特別適合現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；
5） 施工過程中無明火，適用于各種特殊環(huán)境。
1、鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素及加固技術(shù)措施
鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素有：1）由荷載變化，超期服役，規(guī)范和規(guī)程改變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足；2）構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷等，致使構(gòu)件截面削弱，桿件翹曲，連接開裂等；3）溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲；4）由于化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學(xué)腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱；5）其它包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。
鋼結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)措施主要有三種：1） 截面補(bǔ)強(qiáng)法：在局部或沿構(gòu)件全長(zhǎng)以鋼材補(bǔ)強(qiáng)，連成整體使之共同受力；2） 改變計(jì)算簡(jiǎn)圖：增設(shè)附加支承，調(diào)整荷載分布情況，降低內(nèi)力水平，對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)支座進(jìn)行強(qiáng)迫位移，降低應(yīng)力峰值；3） 預(yù)應(yīng)力拉索法：利用高強(qiáng)拉索加固結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或提高結(jié)構(gòu)整體承載力、剛度和穩(wěn)度。
2、預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)
目前，國內(nèi)外對(duì)預(yù)應(yīng)力CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究、試驗(yàn)和應(yīng)用涉足甚少。因此，如何將高性能預(yù)應(yīng)力CFRP加固技術(shù)引入到鋼結(jié)構(gòu)工程的加固中，以提高鋼結(jié)構(gòu)的承載能力和可靠性，將是鋼結(jié)構(gòu)工程加固領(lǐng)域中的一次技術(shù)革命。
2.1 傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固存在的問題
焊接加固時(shí)，高溫作用使焊接部位的組織及性能劣化；而且焊縫必然存在缺陷，會(huì)產(chǎn)生新的裂紋；焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，與其他作用結(jié)合可能導(dǎo)致開裂。焊接使結(jié)構(gòu)形成連續(xù)的整體，裂縫一旦失穩(wěn)擴(kuò)展，就有可能一斷到底，引發(fā)重大事故。
采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔，削弱了截面，形成新的應(yīng)力集中區(qū)；普通螺栓在動(dòng)載作用下易松動(dòng)，高強(qiáng)螺栓易發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，降低了結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)效果。
粘鋼加固技術(shù)是在鋼結(jié)構(gòu)表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，依靠結(jié)構(gòu)膠使之粘結(jié)成整體共同工作，以提高結(jié)構(gòu)承載力。
這些加固方法共同的缺點(diǎn)是使結(jié)構(gòu)重量增加很多，鋼板不易制作成各種復(fù)雜形狀，運(yùn)輸和安裝也不方便，且鋼板易銹蝕，影響粘結(jié)強(qiáng)度，維護(hù)費(fèi)用高。
2.2 CFRP粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
CFRP粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)是利用粘結(jié)劑將CFRP粘貼到鋼結(jié)構(gòu)損傷部位的表面，使一部分荷載通過粘結(jié)層傳遞到CFRP上，降低了結(jié)構(gòu)損傷部位的應(yīng)力。粘貼CFRP加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：
1） CFRP的比強(qiáng)度和比剛度高，加固后基本不增加原結(jié)構(gòu)的自重和原構(gòu)件的尺寸；
2） 復(fù)合材料具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能；
3） 柔性的復(fù)合材料對(duì)于任意封閉結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的被加固結(jié)構(gòu)表面具有特別的優(yōu)勢(shì)。密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕的隱患；
4） 簡(jiǎn)便易行、成本低、效率高，在狹小空間亦可施工，特別適合現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；
5） 施工過程中無明火，適用于各種特殊環(huán)境。