簡述截面替換法在鋼結(jié)構(gòu)通廊桁架加固中的應(yīng)用

曹繼奎

邯鄲鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 河北邯鄲 056003

桁架是由多個(gè)桿件通過連接節(jié)點(diǎn)組成的一種結(jié)構(gòu)體系，其中的桿件主要承受拉力或壓力，因此可以充分發(fā)揮材料的作用，節(jié)約材料，減輕結(jié)構(gòu)的重量。因其自重小、跨度大、承載力大的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑中。尤其在一些工業(yè)原料場轉(zhuǎn)運(yùn)通廊中普遍采用鋼桁架的形式，但是在生產(chǎn)活動(dòng)中經(jīng)常會出現(xiàn)一些意外情況，例如：火災(zāi)、爆炸、地震等，導(dǎo)致通廊桁架中的桿件出現(xiàn)破壞變形。對于變形較小的桿件可采取用鋼板或型鋼構(gòu)件貼焊以加大桿件斷面的方式進(jìn)行加固，但是當(dāng)桿件的變形非常嚴(yán)重時(shí)就必須將桿件拆除更換。目前，對于這種桁架桿件的更換一般采用的方法是先采取措施從地面對桁架通廊進(jìn)行支撐并卸掉桁架上的設(shè)備及其它荷載，然后才能進(jìn)行桿件的拆除和更換。而本文所論述的是采用截面替換法進(jìn)行加固的方法[1]。

1 截面替換加固桁架方案簡述

首先將需要加固的原有桁架圖畫出，并且在原圖上標(biāo)識出變形嚴(yán)重用常規(guī)方法無法加固的豎桿和斜桿。在桁架結(jié)構(gòu)上布置新的斜桿改變原桁架桿件的傳力途徑使桁架形成新的受力體系，新的斜桿按照桁架原設(shè)計(jì)的斜向桿件軸向壓力值進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照將桁架上嚴(yán)重變形的豎桿和斜桿拆除且不卸除桁架上原有設(shè)備及其它荷載的規(guī)則下計(jì)算桁架其余桿件的承載力。用增大斷面的方法將承載力不滿足要求的桿件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。根據(jù)上述設(shè)計(jì)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行桁架加固施工。施工時(shí)必須按照先增加斜桿并對下弦桿加固完成后再拆除嚴(yán)重變形桿件的順序進(jìn)行。拆除嚴(yán)重變形的桿件時(shí)必須從桁架一側(cè)端部向中間的順序依次拆除。

2 截面替換加固方案的特征

其特征在于：在桁架結(jié)構(gòu)上布置新的斜向壓桿改變原桁架桿件的傳力途徑使桁架形成新的受力體系，然后按照將桁架上嚴(yán)重變形的豎桿和斜桿拆除且不卸除桁架上原有設(shè)備及其它荷載的規(guī)則下計(jì)算桁架其余桿件的承載力，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果將剩余桿件中承載力不足的桿件用增大其斷面的方法進(jìn)行加固，最后再將桁架上嚴(yán)重變形的桿件拆除。

3 與一般加固方案相比的優(yōu)勢

對于這種桁架桿件的更換一般加固采用的方法是先采取措施從地面對桁架通廊進(jìn)行支撐并卸掉桁架上的設(shè)備及其它荷載，然后才能進(jìn)行桿件的拆除和更換。這種方法的缺點(diǎn)1是卸掉設(shè)備荷載就必須停止生產(chǎn)；2是當(dāng)通廊高度較大或者通廊下方是路或較為復(fù)雜的場地環(huán)境時(shí)對通廊的支撐施工就會非常困難。

而利用截面替換進(jìn)行加固的方法能夠克服常規(guī)加固對生產(chǎn)的影響和對施工場地的要求，能夠在不卸掉鋼桁架上設(shè)備荷載不影響鋼桁架上正常生產(chǎn)運(yùn)行且不對桁架做地面支撐的情況下完成對桁架的加固。此方法實(shí)施簡單方便，保證了施工安全及質(zhì)量，提高了施工速度，而且不會影響桁架上的施工以及生產(chǎn)活動(dòng)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和普遍的推廣價(jià)值。

4 在工程實(shí)例中的應(yīng)用

工程概況：

某企業(yè)料場的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)通廊由兩個(gè)平面桁架以及兩個(gè)桁架之間的橫梁和支撐組成，通廊桁架上弦桿1為200x18雙角鋼組合，下弦桿2為180x16雙角鋼組合，豎桿3為100x8雙角鋼十字組合，斜桿4為100x8雙角鋼組合，端部受壓斜桿4為180x14雙角鋼組合。通廊里有轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶機(jī)設(shè)備，通廊跨度30米、高3米、寬3.5米，通廊底部距地面高度25米且部分通廊下方有廠內(nèi)運(yùn)輸鐵路。因設(shè)備故障導(dǎo)致通廊失火，通廊鋼桁架部分桿件被火燒的嚴(yán)重變形必須進(jìn)行加固。因生產(chǎn)任務(wù)重廠方提出對桁架的加固施工要盡可能的不影響生產(chǎn)運(yùn)行。如果采用常規(guī)加固方法：先對桁架進(jìn)行地面支撐然后卸掉桁架上的設(shè)備及其它荷載，這樣必然會導(dǎo)致施工期間停產(chǎn)，而且通廊高度較大，通廊下又有鐵路，對通廊進(jìn)行支撐施工不僅難度大還會影響鐵路的通行[2]。為了保生產(chǎn)，同時(shí)又使施工不受通廊高度及通廊下部鐵路影響，采用截面替換的方法做如下加固方案：

（1）首先標(biāo)識出變形嚴(yán)重用常規(guī)方法無法加固的桁架豎桿3和斜桿4。

（2）在桁架結(jié)構(gòu)上布置新的斜桿5（180x14雙角鋼組合）改變原桁架桿件的傳力途徑使桁架形成新的受力體系，新的斜桿5按照桁架原設(shè)計(jì)的斜向桿件軸向壓力值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）設(shè)計(jì)桿件6（180x16雙角鋼組合）和桿件7（125x14雙角鋼組合）采用增大斷面的方法對承載力不滿足要求的桿件1和2進(jìn)行局部加固。

（4）根據(jù)上述設(shè)計(jì)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行桁架加固施工。施工時(shí)必須按照先增加斜桿5并對上弦桿和下弦桿加固完成后再拆除嚴(yán)重變形桿件3和桿件4的順序進(jìn)行。

（5）拆除嚴(yán)重變形的桿件時(shí)必須從桁架一側(cè)端部向中間的順序依次拆除。

圖1 （桁架立面圖）

圖中標(biāo)記如下：桁架上弦桿1、桁架下弦桿2、變形嚴(yán)重的桁架豎桿3、變形嚴(yán)重的桁架斜桿4、桁架新增斜桿5、桁架加固上弦桿6、桁架加固下弦桿7。

5 結(jié)語

在鋼結(jié)構(gòu)通廊桁架加固工程中通常需要在保證工廠生產(chǎn)正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行，在加固過程中就要做到既不影響生產(chǎn)又要保證桁架結(jié)構(gòu)的使用安全。截面替換的加固方法很好解決了這個(gè)問題，但是這個(gè)方法對于計(jì)算的精確性和施工順序以及施工質(zhì)量要求較高，這就需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范對通廊桁架的原有結(jié)構(gòu)傳力體系和截面替換后新的傳力進(jìn)行全面的分析和計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果制定詳細(xì)的加固施工方案和施工安全以及質(zhì)量保證措施，并在施工中嚴(yán)格按照施工方案及措施進(jìn)行施工。