皮帶機(jī)繞度超限鋼桁架加固研究與實(shí)例

陶 平 易 煜

（中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027）

1 概況和現(xiàn)狀分析

摩洛哥萊斯菲爾港熱電廠中的C’2皮帶機(jī)棧橋在2013年年底安裝完成并投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，此皮帶機(jī)帶寬1400mm，帶速4m/s，設(shè)計(jì)額定輸送量為2400T/H。安裝時(shí)候測(cè)量P’20～P’21的34m跨路段鋼桁架最大繞度值為40mm，運(yùn)行一年后，其最大繞度值達(dá)到了135mm，已嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)規(guī)范要求。該鋼桁架高度為1.6m，寬度2m，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)檢查和分析

第一，對(duì)該桁架結(jié)構(gòu)整體形變進(jìn)行觀察和測(cè)量，上下弦桿和斜撐等桿件均未發(fā)現(xiàn)明顯彎曲變形，桁架整體下?lián)铣蕡A曲線分布。

第二，對(duì)該桁架的基礎(chǔ)承載力，柱腳錨栓和支座現(xiàn)狀進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)有沉降，柱腳錨栓，鉸支座均無(wú)異樣，并對(duì)基礎(chǔ)沉載進(jìn)行重新驗(yàn)算，滿足設(shè)計(jì)要求。

第三，對(duì)該桁架上的各節(jié)點(diǎn)上的連接焊縫進(jìn)行檢查，僅發(fā)現(xiàn)輕微油漆脫落，焊點(diǎn)完好，焊縫無(wú)裂紋。

第四，結(jié)構(gòu)載荷驗(yàn)算。對(duì)載荷和桁架進(jìn)行重新驗(yàn)算，通過(guò)計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況可以判斷，此桁架的強(qiáng)度和剛度均存在不足，原設(shè)計(jì)存在重大安全隱患，須立即進(jìn)行加固處理。結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)采用美國(guó)CsI公司的sAP2000 V15.2.1通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件，適用規(guī)范AIsC。計(jì)算考慮以下幾方面，一是恒荷載：包括結(jié)構(gòu)自重，桁架托輥、膠帶、防雨罩、管線等；二是活荷載：走道活荷載，物料荷載，積料荷載；三是風(fēng)載荷和地震作用。

3 加固方案研究

此桁架加固需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是提高桁架的承載能力，使其滿足皮帶機(jī)設(shè)計(jì)恒載荷和活載荷的要求。此皮帶機(jī)為電廠從碼頭輸送煤料的主要路線，方案實(shí)施時(shí)，作業(yè)時(shí)間不能過(guò)久，不能影響電廠運(yùn)營(yíng)；同時(shí)，桁架上的皮帶機(jī)膠帶和各種電纜管線均是易燃物品，焊接存在安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)方案時(shí)需要考慮在內(nèi)。

關(guān)于方案的研究，首先此皮帶機(jī)桁架已經(jīng)運(yùn)行一年多，皮帶機(jī)沿線的電纜和消防管線均已連接完成，無(wú)法采用新桁架對(duì)原桁架進(jìn)行替換的方案；其次該段桁架下方為電廠內(nèi)主要的交通道路，也無(wú)法采用在跨中增加立柱而縮短跨距的方式；同時(shí)考慮到由于通行道路限高，以及桁架底部有電纜和消防管線，無(wú)法采用在桁架底部新增桁架而加大桁架截面積的方式進(jìn)行加固，經(jīng)過(guò)研究得出，如下三種可實(shí)施的方案。

第一，在該桁架內(nèi)部的各弦桿和桿件上焊接型材，增加受力不足桿件的截面積。但是，針對(duì)本工程存在以下問(wèn)題：一是該桁架跨度較大，且已下?lián)蠂?yán)重超標(biāo)，不滿足應(yīng)力要求的桿件較多，且新增部分如何參與結(jié)構(gòu)受力難以解決，也無(wú)法保證安裝完成后能有效控制下?lián)希欢窃瓧U件在承受荷載情況下進(jìn)行焊接，而受壓桿件在受熱情況下更易失穩(wěn)，同時(shí)焊縫長(zhǎng)，焊接工作量巨大，安全風(fēng)險(xiǎn)大；三是全焊接的桁架，節(jié)點(diǎn)板無(wú)法更換，加固后會(huì)存在桿件強(qiáng)、節(jié)點(diǎn)弱的問(wèn)題；四是需要的施工作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法滿足業(yè)主不停運(yùn)的要求。

圖1 鋼桁架結(jié)構(gòu)

第二，在原桁架上部增加一片新桁架，新桁架桿件均采用與原桁架橋同等規(guī)格鋼材，桿件分布，間距，長(zhǎng)度，寬度均一致，以使新桁架桿件可以和舊桁架對(duì)接，如圖2所示，新舊桁架利用節(jié)點(diǎn)板焊接連接。

圖2 新舊桁架利用節(jié)點(diǎn)板焊接連接

本方案的高空焊接作業(yè)相對(duì)較小，對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷少，施工風(fēng)險(xiǎn)小；新舊桁架材料和桿件規(guī)律一致，形成一個(gè)完整的桁架截面，完全參與原結(jié)構(gòu)受力；新桁架可以在車間進(jìn)行預(yù)制，節(jié)省加固作業(yè)時(shí)間。采用Midas/gen做結(jié)構(gòu)分析，正常使用極限狀態(tài)下，各桿件計(jì)算均能通過(guò)，最大應(yīng)力比為0.81，方案安全合理，最大撓度37mm，小于規(guī)范1/400（85mm）要求。但此設(shè)計(jì)方案同時(shí)也存在以下問(wèn)題：一是加固實(shí)施后，將影響防雨罩上部活動(dòng)板的拆卸，同時(shí)立柱與原檢修門和屋面板干涉，因此，需考慮對(duì)該部分檢修門和屋面板進(jìn)行改造，保證其防水和可拆卸能力；二是加高后的桁架為2.8m，由于皮帶機(jī)廊道形成密閉擋風(fēng)面，其擋風(fēng)效果和普通的房子類似，加大了風(fēng)載荷；三是新桁架高1.2m，寬2m，長(zhǎng)34m無(wú)法進(jìn)行整體一次吊裝，需車間進(jìn)行分段加工，然后現(xiàn)場(chǎng)焊接，需要的施工作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，高空焊接工作量較大。

第三，對(duì)以上加固設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)出在原桁架上部增加一個(gè)拱形鋼桁架的加固方案，如圖3所示。

圖3 拱形鋼桁架的加固方案

新增拱形鋼桁架采用HEA180為主弦桿,立桿與原桁架橋桿件分布規(guī)律一致，使新桁架具有剛度大承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，通過(guò)新增的拱形鋼桁架的拉桿與原桁架焊接連接。采用Midas/gen做結(jié)構(gòu)分析，正常使用極限狀態(tài)下，最大撓度值為30.03mm＜1/400，桁架桿件最大應(yīng)力比0.83，上弦桿最大應(yīng)力比0.83，下弦桿最大應(yīng)力比0.64，均滿足設(shè)計(jì)要求。

該方案有以下特點(diǎn)：一是車間整體預(yù)制和噴漆，現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝，24小時(shí)內(nèi)可以安裝完成，不影響電廠運(yùn)營(yíng)；二是不影響防雨罩和檢修門的拆卸更換；三是幾乎無(wú)額外增加的風(fēng)載；四是在原結(jié)構(gòu)上的焊接作業(yè)較少，對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷少，施工風(fēng)險(xiǎn)小；五是新增拱形桁架的支反力通過(guò)原桁架頭部傳至立柱和基礎(chǔ)，減少了原桁架的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)語(yǔ)

該皮帶機(jī)桁架按此設(shè)計(jì)方案加固完成卸載后，最大下?lián)现祪H為12mm，其效果優(yōu)于設(shè)計(jì)預(yù)期。目前，該桁架已運(yùn)行近2年，狀況良好，無(wú)進(jìn)一步的下?lián)显黾樱C明了此加固設(shè)計(jì)有效，結(jié)構(gòu)安全得到了保障，同時(shí)加固工程未影響電廠運(yùn)營(yíng)，其間接經(jīng)濟(jì)效益顯著。