一個工程事故分析研究

文/惠學斌 攀鋼集團設計研究院有限公司 四川攀枝花 617000

1、引言

在工程建設中，往往發(fā)生工程事故，導致工程不能正常使用。發(fā)生工程事故的原因很多，有施工方面的原因、有設計方面的原因。本文僅討論設計方面的原因，即力學計算方面的原因。工程事故設計原因無非是強度、剛度問題。強度問題就是結(jié)構(gòu)強度不足或生產(chǎn)異常。強度問題產(chǎn)生的現(xiàn)象是，結(jié)構(gòu)開裂、壓酥、變形過大失去承載力、倒塌。剛度問題產(chǎn)生的現(xiàn)象是構(gòu)件變形過大、破壞。到現(xiàn)場踏勘后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)沒有問題，輔助的臺階發(fā)生變形和錯位。經(jīng)初步分析，該工程事故產(chǎn)生的原因是剛度不足，因此本工程僅討論剛度問題。

2、工程概況

某工程原有皮帶通廊長400m，由于卸料方式改變，工藝要求再把該皮帶延長60m，見圖1、圖2。

新增皮帶與原有皮帶為一個系統(tǒng)，配重為130KN，動力系統(tǒng)在配重與新增皮帶通廊之間。新增皮帶運行2個月，發(fā)現(xiàn)“1處”的臺階梁彎曲變形，“2處”的臺階與原通廊錯位數(shù)厘米。新增通廊的皮帶尾輪偏離中心線160mm。新增皮帶通廊支架見圖3。

查原設計圖，ZJ-1支架高度為19.15m，現(xiàn)場改為30.15m，其它支架高度見圖1。ZJ-1支架基礎原設計為樁基，現(xiàn)場改為板式基礎。

3、支架剛度計算

支架剛度為支架頂端在單位水平力作用下（沿皮帶方向）的剛度。

3.1 ZJ-1支架剛度K1計算：

ZJ-1支架的剛度K1由桁架剛度K11與非桁架剛度K12組成（見圖3）。

桁架剛度K11為

式中I=0.9x2x2x164.4x102x(4.5/2)2x106=3.0x1011mm4

0.9為格構(gòu)式柱剛度折減系數(shù)

將I、值代入式（1）得

非桁架剛度(K12)，指非桁架在水平力作用下（在支架頂端產(chǎn)生位移）的剛度(K121)與在彎矩作用下（在支架頂端產(chǎn)生位移）的剛度(K122)。

4、分析

經(jīng)過上面眾剛度的計算，對計算數(shù)據(jù)及因素分析如下：

4.1 非桁架對支架剛度的影響。不考慮非桁架影響的ZJ1支架剛度(K1b)為：

對照式(8)與式(16)，其結(jié)果差別不大。也就是說，非桁架對支架剛度幾乎沒影響。

4.2 支架高度對支架剛度的影響。從式(1)，(3)可以看出支架剛度與支架高度的三次方成反比。當支架高度超過一定高度后，共剛度以三次方的速度衰減。

4.3 構(gòu)件的截面剛度對支架剛度的影響。從式(1)，(3)可以看出，支架剛度與構(gòu)件的相應截面剛度成正比。

4.4 支架之間的剛度關系：

設計的支架剛度是實際支架剛度的4.05倍。當支架高度增加25%時，剛度只有原來一半，應該引起重視。

ZJ1支架剛度(現(xiàn)場實測支架剛度)是ZJ4支架剛度的2.3倍，ZJ1支架剛度是ZJ2、ZJ3支架剛度的29.34倍、10.70倍。這說明ZJ2、ZJ3支架的剛度對皮帶通廊的作用可忽略不計。ZJ4支架的剛度對皮帶通廊的作用不可忽略。正是由于ZJ4支架的作用產(chǎn)生“2區(qū)”的變形。由于新增整個通廊的支架剛度偏小，產(chǎn)生了“1區(qū)”的錯位。

4.5 位移計算：配重130KN，忽略摩擦力的影響P=260KN。

4.5.1 “2區(qū)”位移(Δ2)為：

圖1 原有皮帶通與新增皮帶通廊平面關系

圖2 原有皮帶通與新增皮帶通廊立面關系

圖3 支架平面圖及立面圖

結(jié)語：

經(jīng)過前面的分析、計算，發(fā)生“2區(qū)”現(xiàn)象的原因是，所有支架的剛度不足。發(fā)生“1區(qū)”現(xiàn)象的原因是，ZJ1支架剛度不足，ZJ4支架的剛度與ZJ1支架剛度相當。為了避免該事故再放生，在設計皮帶通廊及支架時注意下面幾個問題。

（1）皮帶機的張緊力要由結(jié)構(gòu)承擔。

（2）皮帶通廊的溫度伸縮要有空間，適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)變形也能滿足。

（3）盡管本工程非桁架部分對整個支架剛度影響很小，但是當非桁架的高度與構(gòu)件剛度比例達到一定限值后，其影響不可忽略，這種現(xiàn)象在該工程中沒有發(fā)生。即使這樣，建議在設計中不要設計非桁架段，把剪刀撐設到基礎頂面。

（4）支架高度使剛度三次方衰減，當時支架設計高度19.15m時就欠妥，現(xiàn)場施工時改為了30.15m，沒有引起重視，導致了本次事故。

本工程事故原因分析清楚了，處理就比較簡單了。處理方法就是在ZJ1支架與ZJ2支架之間加設一道剪刀支撐。按此方法處理后，工程運行至今，再也未發(fā)現(xiàn)問題，說明工程事故治理是成功的。