崔娟玲 郭昭胜
1 工程概述
某选煤厂101号皮带走廊输煤栈桥采用角钢桁架结构,结构跨度为35 m,倾角为12°,结构断面高2.5 m,宽3.5 m,距地面平均高度为24 m,建成投入使用至今近20年,输煤栈桥结构形式见图1。经有资质检测单位对该结构锈蚀损伤现状进行检测,检测结论表明:走廊内部钢桁架构件锈蚀深度平均为0.5 mm,部分构件的防锈底漆尚在,发生锈蚀的杆件多表现为材料表面麻点。走廊外部露天环境中的构件的锈蚀深度平均为1 mm,由于外界大气环境作用,这些构件发生整体锈蚀,大部分构件的防锈底漆已经破坏,构件表面已经形成明显锈蚀层。
本文依据结构检测结论和原设计图纸对该角钢桁架结构进行静力承载力校核,经优选比较后制定了合理可行的加固方案。
2 角钢桁架结构静力承载力验算
2.1 简化假定
所有杆件连接处按铰接考虑;支座处按照简支考虑,一端为铰支座,另一端为滚轴支座;恒、活荷载等效为集中荷载后作用在桁架连接节点上。杆件截面尺寸按扣除因锈蚀损失的截面厚度后的实际尺寸取用。
2.2 荷载取值计算
恒、活荷载等效为集中荷载后作用在桁架节点处。该输煤栈桥所在地区的抗震设防烈度为6度,因此验算时不考虑地震作用。
恒荷载标准值计算如下:
1)下弦节点集中荷载。
a.栈桥预制板自重、混凝土面层及踏步自重:
b.栈桥侧面轻质围护结构自重:
c.角钢钢桁架自重(2/3的自重分配于下弦节点):
2)上弦节点集中荷载。
a.栈桥屋面轻质围护结构自重:
b.栈桥侧面轻质围护结构自重:
c.角钢钢桁架自重(1/3的自重分配于上弦节点):
活荷载标准值计算:
1)下弦节点集中活荷载。
注:皮带机支架、皮带及煤按照煤炭行业栈桥规格折算后按活荷载3.0 kN/m2计。
2)上弦节点集中活荷载。
风荷载标准值计算如下:
按照规范公式:ωk=μsμzω0,风荷载体形系数取 μs=1.3;风压高度变化系数 μz=1.42;当地基本风压 ω0=0.5 kN/m2。按照栈桥受风面积计算风荷载。
2.3 钢桁架承载力验算结果
根据上述计算假定和荷载取值。采用PKPM软件对该钢桁架进行静力承载力校核计算,目前钢桁架共有23%的构件的强度与稳定验算均有不同程度的超限情况,结构构件由于材料腐蚀造成了结构承载力明显下降。
3 结构维修加固方案的优选确定
在制定加固方案初期,曾提出三种加固方案,分别是:1)增加栈桥桁架支座;2)另做新桁架整体顶升或替换原桁架;3)杆件加大截面方案。增加栈桥桁架支座的方案虽总体费用较低,但受场地限制严重,支座沉降受地下采空层影响,且不能改变损伤杆件的现状。而另做新桁架整体顶升或替换原桁架,现场施工场地狭小,无法吊装,施工难度大,需要停产数日,经济损失较大,无法实现厂方的要求,亦不能改变损伤杆件的现状,且大大增加了防锈及防火涂装的面积,费用较高。
因此,本文确定采用杆件加大截面的加固方案,根据杆件的不同位置、规格、超限程度和允许施工空间,分别采用以下加大截面形式,见图2。
4 加固施工工程中应注意的事项
1)施工前的卸荷。负荷状态下对原有桁架结构进行焊接加固,是在不影响生产的前提下进行的。由于焊接热影响,会对结构整体受力带来改变甚至发生危险,同时为了保证加固杆件同原有杆件的良好共同工作,所以应对原有桁架结构进行适当的卸荷,做好可靠的安全防护措施。
2)拆除工程的注意事项。施工前首先对原有桁架结构的围护系统进行拆除,同时需要拆除的还有原有皮带机两侧的走道混凝土预制板及混凝土踏步面层,留下皮带机下方的混凝土面层及预制板;为安全起见,在拆除混凝土构件时,严禁使用大锤,以避免对钢结构造成过大的冲击荷载,应采用混凝土静力切割机,切开混凝土面层后,将混凝土槽形预制板撬起,轻放在操作平台上。
3)焊接工艺。加固过程中应采用合理的加固顺序,杆件的加固可按照从皮带走廊两端向中部的顺序进行。施工单位应制订焊接工艺,加固件的焊接宜对称,以减小焊接变形和焊接残余应力。焊接施工必须在有经验的工程师指导下,且经专门培训的焊工施焊。
5 结语
该输煤栈桥角钢桁架结构经采用本文加固方案后,结构可靠度大大提高,并且加固工程未影响生产活动,其间接经济效益显著。结构加固后保证了输煤栈桥今后的安全使用,从长远上为企业带来不可估量的经济效益。
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[2]雷宏刚.钢结构事故分析与处理[M].北京:中国建材工业出版社,2003.
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[4]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006版)[S].
