輸煤棧橋角鋼桁架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

崔娟玲 郭昭勝

1 工程概述

某選煤廠101號(hào)皮帶走廊輸煤棧橋采用角鋼桁架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)跨度為35 m,傾角為12°,結(jié)構(gòu)斷面高2.5 m,寬3.5 m,距地面平均高度為24 m,建成投入使用至今近20年,輸煤棧橋結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。經(jīng)有資質(zhì)檢測(cè)單位對(duì)該結(jié)構(gòu)銹蝕損傷現(xiàn)狀進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)論表明:走廊內(nèi)部鋼桁架構(gòu)件銹蝕深度平均為0.5 mm,部分構(gòu)件的防銹底漆尚在,發(fā)生銹蝕的桿件多表現(xiàn)為材料表面麻點(diǎn)。走廊外部露天環(huán)境中的構(gòu)件的銹蝕深度平均為1 mm,由于外界大氣環(huán)境作用,這些構(gòu)件發(fā)生整體銹蝕,大部分構(gòu)件的防銹底漆已經(jīng)破壞,構(gòu)件表面已經(jīng)形成明顯銹蝕層。

本文依據(jù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)論和原設(shè)計(jì)圖紙對(duì)該角鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力承載力校核,經(jīng)優(yōu)選比較后制定了合理可行的加固方案。

2 角鋼桁架結(jié)構(gòu)靜力承載力驗(yàn)算

2.1 簡(jiǎn)化假定

所有桿件連接處按鉸接考慮;支座處按照簡(jiǎn)支考慮,一端為鉸支座,另一端為滾軸支座;恒、活荷載等效為集中荷載后作用在桁架連接節(jié)點(diǎn)上。桿件截面尺寸按扣除因銹蝕損失的截面厚度后的實(shí)際尺寸取用。

2.2 荷載取值計(jì)算

恒、活荷載等效為集中荷載后作用在桁架節(jié)點(diǎn)處。該輸煤棧橋所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6度,因此驗(yàn)算時(shí)不考慮地震作用。

恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下:

1)下弦節(jié)點(diǎn)集中荷載。

a.棧橋預(yù)制板自重、混凝土面層及踏步自重:

b.棧橋側(cè)面輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重:

c.角鋼鋼桁架自重(2/3的自重分配于下弦節(jié)點(diǎn)):

2)上弦節(jié)點(diǎn)集中荷載。

a.棧橋屋面輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重:

b.棧橋側(cè)面輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重:

c.角鋼鋼桁架自重(1/3的自重分配于上弦節(jié)點(diǎn)):

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算:

1)下弦節(jié)點(diǎn)集中活荷載。

注:皮帶機(jī)支架、皮帶及煤按照煤炭行業(yè)棧橋規(guī)格折算后按活荷載3.0 kN/m2計(jì)。

2)上弦節(jié)點(diǎn)集中活荷載。

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下:

按照規(guī)范公式:ωk=μsμzω0,風(fēng)荷載體形系數(shù)取 μs=1.3;風(fēng)壓高度變化系數(shù) μz=1.42;當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓 ω0=0.5 kN/m2。按照棧橋受風(fēng)面積計(jì)算風(fēng)荷載。

2.3 鋼桁架承載力驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算假定和荷載取值。采用PKPM軟件對(duì)該鋼桁架進(jìn)行靜力承載力校核計(jì)算,目前鋼桁架共有23%的構(gòu)件的強(qiáng)度與穩(wěn)定驗(yàn)算均有不同程度的超限情況,結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于材料腐蝕造成了結(jié)構(gòu)承載力明顯下降。

3 結(jié)構(gòu)維修加固方案的優(yōu)選確定

在制定加固方案初期,曾提出三種加固方案,分別是:1)增加棧橋桁架支座;2)另做新桁架整體頂升或替換原桁架;3)桿件加大截面方案。增加棧橋桁架支座的方案雖總體費(fèi)用較低,但受場(chǎng)地限制嚴(yán)重,支座沉降受地下采空層影響,且不能改變損傷桿件的現(xiàn)狀。而另做新桁架整體頂升或替換原桁架,現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小,無(wú)法吊裝,施工難度大,需要停產(chǎn)數(shù)日,經(jīng)濟(jì)損失較大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)廠方的要求,亦不能改變損傷桿件的現(xiàn)狀,且大大增加了防銹及防火涂裝的面積,費(fèi)用較高。

因此,本文確定采用桿件加大截面的加固方案,根據(jù)桿件的不同位置、規(guī)格、超限程度和允許施工空間,分別采用以下加大截面形式,見(jiàn)圖2。

4 加固施工工程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1)施工前的卸荷。負(fù)荷狀態(tài)下對(duì)原有桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接加固,是在不影響生產(chǎn)的前提下進(jìn)行的。由于焊接熱影響,會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力帶來(lái)改變甚至發(fā)生危險(xiǎn),同時(shí)為了保證加固桿件同原有桿件的良好共同工作,所以應(yīng)對(duì)原有桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男逗?做好可靠的安全防護(hù)措施。

2)拆除工程的注意事項(xiàng)。施工前首先對(duì)原有桁架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行拆除,同時(shí)需要拆除的還有原有皮帶機(jī)兩側(cè)的走道混凝土預(yù)制板及混凝土踏步面層,留下皮帶機(jī)下方的混凝土面層及預(yù)制板;為安全起見(jiàn),在拆除混凝土構(gòu)件時(shí),嚴(yán)禁使用大錘,以避免對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成過(guò)大的沖擊荷載,應(yīng)采用混凝土靜力切割機(jī),切開(kāi)混凝土面層后,將混凝土槽形預(yù)制板撬起,輕放在操作平臺(tái)上。

3)焊接工藝。加固過(guò)程中應(yīng)采用合理的加固順序,桿件的加固可按照從皮帶走廊兩端向中部的順序進(jìn)行。施工單位應(yīng)制訂焊接工藝,加固件的焊接宜對(duì)稱(chēng),以減小焊接變形和焊接殘余應(yīng)力。焊接施工必須在有經(jīng)驗(yàn)的工程師指導(dǎo)下,且經(jīng)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)的焊工施焊。

5 結(jié)語(yǔ)

該輸煤棧橋角鋼桁架結(jié)構(gòu)經(jīng)采用本文加固方案后,結(jié)構(gòu)可靠度大大提高,并且加固工程未影響生產(chǎn)活動(dòng),其間接經(jīng)濟(jì)效益顯著。結(jié)構(gòu)加固后保證了輸煤棧橋今后的安全使用,從長(zhǎng)遠(yuǎn)上為企業(yè)帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2000.

[2]雷宏剛.鋼結(jié)構(gòu)事故分析與處理[M].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2003.

[3]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]GB 50009-2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006版)[S].