雙層螺栓球節(jié)點鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全評估

摘 要:定期開展鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的常規(guī)檢測和安全評估是確保結(jié)構(gòu)安全的重要保障。結(jié)合某雙層螺栓球節(jié)點鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的工程實例，依據(jù)檢測的相關(guān)結(jié)果，開展了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全性評估分析。

關(guān)鍵詞:螺栓球網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安全

中圖分類號:TB3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0138-01

引言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是桿件以一定連接方式組合而成的高次超靜定網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因其重量輕、施工方便、抗震性能好及造型美觀等優(yōu)點得到日溢廣泛的應用。由于施工質(zhì)量、使用過程中人為或非人為的因素影響等，導致網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷甚至倒塌的事故也時有發(fā)生，為確保網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全運行，開展網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的定期檢測和安全評估非常必要。

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的概況

某電廠干煤棚雙層螺栓球節(jié)點鋼網(wǎng)殼，此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為正放四角錐的雙層網(wǎng)架，曲面近似橢圓，網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)架寬度為90m，內(nèi)跨為90m，外跨為95.484m，厚度2.742m，網(wǎng)架矢高37.079m，見圖1示意為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體剖面;支承形式為下弦連接在柱頂預埋件上的下弦對邊支承。球節(jié)點、套筒采用Q345鋼，高強螺栓采用40Cr鋼，桿件、支座、支托均采用Q235鋼。建筑物外景見照片1.1。該網(wǎng)殼于2006年建成并投入使用，由于鋼網(wǎng)架長期日曬雨淋、堆煤擠壓及運煤車撞擊等原因，導致局部桿件發(fā)生銹蝕，并伴有明顯彎曲失穩(wěn)變形，個別球節(jié)點連接桿件發(fā)生斷裂。對該網(wǎng)殼進行檢測，判斷該網(wǎng)殼的使用安全情況，為后續(xù)加固處理提供技術(shù)依據(jù)，檢測的相關(guān)內(nèi)容包括:(1)材質(zhì)檢測;(2)節(jié)點銹蝕程度檢測;(3)桿件尺寸復核、彎曲桿件統(tǒng)計;(4)支座位移測量;(5)支座構(gòu)造的檢查;(6)網(wǎng)架變形測量。

2 結(jié)構(gòu)驗算及安全評定

2.1 計算依據(jù)

驗算以電廠干煤棚網(wǎng)架的設計資料為參考依據(jù)。材料與設計技術(shù)參數(shù)如下:鋼管選用GB700中的Q235B鋼;上弦層荷載:靜載0.30KN/m2(屋面板+檁條等)，活載(活載1)0.50KN/m2，雪荷載(活載2)0.30KN/m2，基本風壓0.35KN/m2;下弦層荷載:離柱頂12m下弦節(jié)點處加1.5KN/m荷載;考慮了+22.70和-19.30溫差;計算機程序自動形成網(wǎng)架自重;桿件設計強度考慮0.9的折減系數(shù)f=193.5N/mm2，壓桿容許長細比180，拉桿容許長細比180，支座處壓桿容許長細比150;地震設防烈度為6度。本網(wǎng)架工程采用浙江大學空間結(jié)構(gòu)研究室研制開發(fā)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)計算機輔助設計系統(tǒng)(MSTCAD2003)進行滿應力優(yōu)化設計。計算分析主要考慮以下工況組合:(1)1.2靜;(2)1.2靜+1.4活1;(3)1.2靜+1.4活2;(4)1.2靜+1.4風1;(5)1.2靜+1.4活1+0.8風1;(6)1.2靜+1.4活2+0.8風1;(7)1.2靜+1.4溫(+23);(8)1.2靜+1.4活1+1.4溫(+23);(9)1.2靜+1.4活2+1.4溫(+23);(10)1.2靜+1.4溫(-19);(11)1.2靜+1.4活1+1.4溫(-19);(12)1.2靜+1.4活2+1.4溫(-19);(13)包絡值。

2.2 結(jié)構(gòu)驗算

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的驗算分別考慮完好和損傷狀況下的結(jié)構(gòu)為對象進行分析。其中，完好狀況的結(jié)構(gòu)模型以原設計圖紙為依據(jù)，當前損傷狀況下的結(jié)構(gòu)模型以檢測結(jié)果和原設計為依據(jù)來建立。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，對此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行整體有限元建模(如圖1示意)，有限元分析模型中，鋼管單元取僅考慮軸力效應的桿件單元。

考慮目前結(jié)構(gòu)桿件、節(jié)點的損傷，作如下假定:(1)桿件彎曲程度過大，視為發(fā)生屈服破壞，桿件失效;(2)桿件與球節(jié)點脫落或斷開，視為桿件失效。由檢測結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)損傷主要表現(xiàn)為網(wǎng)架左右兩側(cè)支座及以上二層網(wǎng)格范圍的桿件發(fā)生節(jié)點脫落、斷開及屈服破壞等損傷，二層網(wǎng)格以上范圍內(nèi)的桿件基本保持完好狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)有節(jié)點或桿件損傷。

以上述假定為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場桿件、節(jié)點連接、桿件彎曲銹蝕的檢測結(jié)果，建立損傷后的有限元分析模型。根據(jù)支座類型，考慮為三方向的剛性支座約束，并考慮檢測支座位移的影響。

通過MST2003軟件滿應力設計分析，由計算結(jié)果可知，主要荷載控制工況為荷載組合工況中的(2)、(8)、(11)三種。計算結(jié)果顯示，按照目前損傷狀況下的計算模型，有27根桿件(包括7根上弦桿、4根下弦桿及16根腹桿)不滿足承載力要求，超過強度設計值，最大腹桿應力比在1.3左右;所有桿件長細比均滿足要求;且超過設計強度的桿件主要分布在破壞桿件的周邊區(qū)域，特別是腹桿的斷裂對周邊桿件應力的影響較大。通過與原設計的對比發(fā)現(xiàn)，支座反力有一定的變化。分析原因，支座反力變化主要來自于桿件破壞后結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布所導致的。由此可見，按照目前損傷后的分析模型，本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)局部27根桿件應力水平偏高，超過設計承載力要求，需要采取相應的加固措施。

2.3 安全評定

按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》第3.1.6條，本網(wǎng)架屬于“部分適合工作”的結(jié)構(gòu)。本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在的一些缺陷，比如節(jié)點脫落、桿件斷裂及屈服等，可以通過消除缺陷、桿件置換或進行加固來恢復結(jié)構(gòu)的工作性能。

關(guān)于結(jié)構(gòu)的安全評定具體如下:本廠房網(wǎng)架現(xiàn)有桿件和節(jié)點大體完好，連接基本可靠，保持了基本完整的承重體系;但網(wǎng)架左右兩側(cè)支座及以上二層網(wǎng)格范圍的桿件發(fā)生節(jié)點脫落、斷開及屈服破壞等損傷現(xiàn)象，在設計荷載條件下，除27根桿件承載力不足外，其余現(xiàn)有桿件承載力基本符合設計要求，經(jīng)過適當處理后，可以滿足正常使用要求，故本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可評定為C級。

3 相關(guān)建議

通過網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測和驗算分析，為后續(xù)的加固工作作出科學的評估，在保證安全的前提下，充分結(jié)合現(xiàn)有的建筑狀況，全面考慮今后的使用需要，以較少的工作量和較短的工期取得最大的經(jīng)濟效益。總之，通過網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測和驗算分析，為后續(xù)的加固工作作出科學的評估，在保證安全的前提下，充分結(jié)合現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)狀況，全面考慮今后的使用需要，以較少的加固工作量和較短的工期取得最大的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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[2]朱斌，鄭七振，魏林.某大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的檢測與加固[J].施工技術(shù)，2005(2):66～69.

[3]沈祖炎.網(wǎng)架與網(wǎng)殼[M].上海:同濟大學出版社，1997.