皮帶走廊及其支架結(jié)構(gòu)變形開裂原因分析

褚建斌

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)， 山西 太原 030619）

0 引言

帶式輸送機走廊，也叫皮帶走廊、棧橋，目前廣泛分布于各個大小煤礦、水泥廠、洗煤選煤廠、焦化廠，以及其它類型工業(yè)企業(yè)中。它們長度有長有短，角度有大有小，高度有高有低，跨度不一，材料不同，結(jié)構(gòu)形式各異，但其在整個生產(chǎn)系統(tǒng)的開采、存儲、運輸、篩選、銷售過程中，卻發(fā)揮著舉足輕重的作用，極大地方便了各類工業(yè)企業(yè)[1]。

一般的皮帶走廊大多采用角鋼或圓鋼管的鋼桁架結(jié)構(gòu)，外圍采用輕質(zhì)夾芯保溫板維護，其支架則采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框支架結(jié)構(gòu)，或者鋼框架結(jié)構(gòu)。

皮帶走廊的支架是保證皮帶走廊正常運行的基礎(chǔ)，支架的平面位置、牛腿高低、結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)等，都直接影響其上皮帶走廊的跨度、寬度、角度，從而影響走廊里面皮帶機的正常運行[2-3]。這就需要我們在前期做初步設(shè)計時，及時與甲方，以及皮帶廠家進行聯(lián)系溝通，充分了解設(shè)計意圖，確定皮帶寬度、角度、運量，皮帶拉緊裝置位置、荷載大小，皮帶支腿預(yù)埋件大小、荷載，皮帶走廊凈高、凈寬，機頭、機尾設(shè)備埋件、水平荷載與豎向荷載，以及是否結(jié)合儲料場進行綜合設(shè)計，考慮卸料等要求，做好做實整個生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。在隨后各專業(yè)設(shè)計皮帶走廊時，各專業(yè)間加強溝通、充分了解工藝設(shè)計意圖，確保設(shè)計質(zhì)量。而其后施工期間和后期投入使用運行管理時，則應(yīng)嚴格按照原規(guī)劃設(shè)計進行，加強現(xiàn)場管理，嚴禁私自修改設(shè)計、加大荷載、增設(shè)卸料口，隨意增加堆料高度，以及不均勻堆載等。

1 皮帶走廊及支架存在的變形開裂問題

許多煤礦、水泥廠等工業(yè)企業(yè)的皮帶走廊及支架由于諸多原因，常常出現(xiàn)許多結(jié)構(gòu)安全方面的問題，諸如：皮帶走廊跨中撓度過大、下?lián)蠂乐兀撹旒苌稀⑾孪覐澢冃危ёA(yù)埋螺栓彎曲變形，鋼桁架中鋼構(gòu)件銹蝕嚴重，支架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂明顯等等，導(dǎo)致皮帶運輸能力下降，無法達到設(shè)計運量，甚至出現(xiàn)停運，嚴重影響了整個生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)、運輸、銷售等環(huán)節(jié)[4-5]。圖1為某工業(yè)企業(yè)的皮帶走廊現(xiàn)狀圖。

圖1 某廠皮帶走廊現(xiàn)狀

從圖1中可以明顯看出，該皮帶走廊目前存在以下結(jié)構(gòu)問題：

（1）支架結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土框架梁端部斜向開裂、變形明顯；

（2）支架結(jié)構(gòu)頂部框架梁開裂；

（3）支架頂端鋼桁架走廊鋼支座錯位明顯，預(yù)埋螺栓嚴重彎曲變形；

（4）皮帶走廊內(nèi)部部分鋼構(gòu)件銹蝕、變形嚴重等。這些問題已嚴重威脅到整個構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全，存在巨大安全隱患，隨時有可能發(fā)生安全事故。所以，我們建議甲方應(yīng)立即停止該皮帶走廊運行，及時進行整個皮帶走廊及其支架結(jié)構(gòu)的安全檢測，及時進行加固修復(fù)，待排除掉所有安全隱患后，方可繼續(xù)使用。

2 變形開裂的原因分析

針對以上常見的皮帶走廊典型結(jié)構(gòu)安全問題，經(jīng)多方走訪調(diào)研，分析整理，發(fā)現(xiàn)原因主要有以下幾個方面。

2.1 甲方隨意更改設(shè)計，增大皮帶走廊的運量

皮帶走廊建成后，其運量是基本恒定的，但由于煤炭、水泥等工業(yè)行業(yè)受政策、國際能源價格等因素影響，企業(yè)產(chǎn)品價格波動較大，往往極易出現(xiàn)滯銷或產(chǎn)量不足現(xiàn)象。有時候，甲方為了追求利益最大化，在該皮帶走廊運行期間，私自加大皮帶運量，導(dǎo)致皮帶機一直超載運行，皮帶走廊樓面活荷載過大，皮帶機頭水平拉力明顯增大，超過設(shè)計荷載允許取值范圍。

2.2 走廊內(nèi)堆料，超載嚴重

該皮帶走廊內(nèi)，大量末煤散落堆載，造成鋼桁架走廊內(nèi)，樓面活荷載增大，鋼桁架下弦跨中位置撓度過大，超出規(guī)范許可范圍。皮帶機長期超負荷運行，且甲方未進行定期檢修，在皮帶機及樓面活荷載長期反復(fù)作用下，引起鋼桁架兩端支座處用于固定的預(yù)埋螺栓，出現(xiàn)截面磨細、錯位嚴重、彎曲變形現(xiàn)象，隨時有鋼支座脫落或預(yù)埋螺栓被剪斷、從混凝土牛腿頂拔出的風(fēng)險。

2.3 走廊支架底部不均勻堆載

由于多數(shù)甲方堆料場地有限，往往會將走廊下部規(guī)劃設(shè)計為儲料場，并在走廊內(nèi)每隔一定間距設(shè)置卸料口，個別甲方在后期運行過程中為解決儲料問題，在未經(jīng)設(shè)計人員同意的情況下，私自在皮帶走廊底部加設(shè)卸料口。這往往會造成混凝土支架底部堆載不均勻，即支架框架柱一側(cè)堆料高，一側(cè)堆料低的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個支架結(jié)構(gòu)框架柱水平側(cè)向壓力增大，出現(xiàn)框架柱彎曲變形，框架梁兩側(cè)斜向開裂，局部地面下陷等嚴重現(xiàn)象。加之，皮帶機運料過程中，為了減少粉塵，常常會采取噴水處理，使運料的含水量提高，更進一步加劇了這些現(xiàn)象。當然，不均勻堆載現(xiàn)象也與走廊底卸料口位置設(shè)計不合理，以及儲料場裝載機裝料路線規(guī)劃、現(xiàn)場作業(yè)和現(xiàn)場管理不合理等因素有關(guān)。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

設(shè)計人員在設(shè)計階段，未充分考慮到末煤在含水量增大后，其側(cè)向壓力、粘聚力會成倍增大，且其對混凝土框架結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕、碳化作用加快，未充分考慮到支架結(jié)構(gòu)框架柱可能出現(xiàn)嚴重不均勻堆載，堆煤高度超高等情況，未給框架柱預(yù)留足夠的承擔側(cè)向壓力的余量，未在框架柱底部，儲煤場裝載機活動高度范圍內(nèi)，采取適當?shù)慕卿摪堑确雷泊胧?/p>

2.5 甲方未定期進行鋼結(jié)構(gòu)的檢修維護

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)定期涂刷防銹漆、防腐漆，定期檢修維護，甲方未按照設(shè)計要求進行處理，導(dǎo)致鋼桁架內(nèi)部分鋼構(gòu)件銹蝕嚴重。

3 處理變形開裂的對策

所以，為了避免以后皮帶走廊及其支架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)上述諸多安全隱患，我們應(yīng)該在設(shè)計準備階段，充分與甲方、皮帶廠家進行溝通，充分了解甲方設(shè)計意圖；充分考察場地，優(yōu)化設(shè)計方案；以及后期使用期間的可能變更；并充分考慮皮帶走廊使用過程中可能出現(xiàn)的超載、加設(shè)卸料口、不均勻堆載、儲料場設(shè)置位置等情況，綜合提出可持續(xù)的可行性初步設(shè)計，做好做實前期整個生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計，以供甲方合理選擇。

然后，在設(shè)計階段，各專業(yè)設(shè)計人員應(yīng)加強溝通，充分了解工藝設(shè)計意圖，讀懂吃透規(guī)劃設(shè)計，確保設(shè)計質(zhì)量，應(yīng)充分考慮皮帶走廊支架結(jié)構(gòu)所處環(huán)境類別的改變，不均勻堆載現(xiàn)象，卸料口設(shè)置位置，以及下部儲料場裝載機裝料作業(yè)對支架框架柱的影響等等情況，合理設(shè)置卸料口位置，使其盡量與支架框架柱保持合理距離；適當增大框架柱截面；增加支架框架柱、框架梁的混凝土保護層厚度；支架底部裝載機作業(yè)頻繁的地方，在框架柱底部一定高度范圍內(nèi)，采用如角鋼包角、包邊等防撞措施，有效保護支架結(jié)構(gòu)框架。

在施工期間，及時進行設(shè)計人員的技術(shù)交底，施工現(xiàn)場嚴把質(zhì)量關(guān)，確保施工質(zhì)量。

最后，在皮帶走廊投入使用期間，甲方應(yīng)加強現(xiàn)場管理，定期維修檢查，發(fā)現(xiàn)安全隱患及超載問題，及時糾正解決，防止出現(xiàn)更大的結(jié)構(gòu)安全問題。儲料場設(shè)置在皮帶走廊下部時，應(yīng)合理堆載，嚴禁超高堆載、支架結(jié)構(gòu)兩側(cè)嚴重不均勻堆載等現(xiàn)象。儲料場裝載機裝料作業(yè)時，應(yīng)加強現(xiàn)場作業(yè)人員的管理，確保裝載機在支架兩側(cè)均勻鏟料，嚴禁只鏟支架結(jié)構(gòu)一側(cè)堆料，以防支架另一側(cè)出現(xiàn)超高堆載現(xiàn)象；嚴禁大型裝載機在支架結(jié)構(gòu)根部作業(yè)高度范圍內(nèi)，頂著框架柱進行鏟料作業(yè)，以防對框架柱底部、底部框架梁的瞬間側(cè)向沖擊荷載超出設(shè)計允許范圍，造成支架結(jié)構(gòu)變形、開裂等現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

我們只有從前期規(guī)劃設(shè)計，中間施工，后期運行管理三個階段都充分溝通，加強管理，才能有效避免皮帶走廊及其支架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)安全問題，延長其壽命周期，才能讓其更好地服務(wù)于各個工業(yè)企業(yè)。