开孔把原本连续的板“切断”,孔口周边成为新的受力边界。补强计算的核心是“把被削掉的承载能力补回来”。
一、开孔后的受力变化
1. 截面削弱:孔口切断了若干扁钢,局部承载力下降。
2. 应力集中:孔角处应力可达平均应力的 2–3 倍。
3. 边界改变:孔边由“连续板”变为“自由边”,需要边框约束。
4. 传力路径改变:荷载绕过孔口,向两侧扁钢集中。
二、三种补强模型
1. 等强补强模型:补强件承担被切断扁钢的截面,按“补回原承载力”设计,最常用。
2. 边框梁模型:孔口四周设角钢或扁钢框,按简支梁或框架计算,承担孔边荷载。
3. 双向板模型:孔口较大、四周有支承时,按双向板分配荷载,短边控制。
工程上多采用“等强 + 边框”的组合:先按等强确定边框截面,再按边框梁验算。
三、补强的具体做法
1. 小孔(≤100mm):加一圈扁钢或角钢框,框与扁钢连续焊。
2. 中孔(100–300mm):角钢框 + 孔边加劲,框与相邻扁钢连接。
3. 大孔(>300mm):独立支撑框架,孔口设次梁,板不承担孔口荷载。
4. 孔角倒圆:减小应力集中,圆角半径不小于 20mm。
5. 补强件与母材同材质、同防腐,焊后补锌。
四、计算要点
1. 统计被切断的扁钢根数与截面面积。
2. 补强件截面面积不小于被切断面积的 100%,重要部位取 110%–120%。
3. 验算补强框的抗弯与抗剪,按孔边实际荷载。
4. 验算孔角应力集中,必要时加厚。
5. 验算补强件与母材的连接焊缝。
五、施工注意
1. 先开孔后补强,禁止先补强后开孔造成焊缝被切。
2. 孔口边缘打磨光滑,去除毛刺。
3. 补强框连续焊,不得断续点焊。
4. 切口与焊缝补锌,避免锈蚀从孔边开始。
5. 孔口有防水要求时加挡水翻边。
六、验收
1. 孔位、孔径偏差;
2. 补强框规格与焊缝质量;
3. 孔角圆滑、无裂纹;
4. 补锌覆盖;
5. 加载时孔边无明显下陷。
一句话总结:开孔补强以“等强 + 边框梁”模型为主:先按被切断扁钢截面确定补强面积(不小于 100%,重要部位 110%–120%),再按边框梁验算,并做孔角倒圆与连续焊补锌。
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