某料倉倒塌原因分析

吳文祥 黃智斌 魏倩

（蘇州華碧微科檢測技術有限公司，江蘇蘇州 215024）

料倉是平面為圓形、方形、矩形、多邊形或其他幾何形狀的貯存散料的容器。料倉可用于儲存粒狀、粉狀、液體物料，在工農業、環保等領域得到廣泛應用，具有倉儲量大、施工時間短、先進出料系統、用途廣泛、結構獨特、投資少、安全可靠和節能環保等優點。但其在設計、施工和使用等一系列現存的問題，導致其發生倒塌的概率大大增加。料倉倒塌失效是指料倉由于某種內在或外來的原因遭到破壞，不僅完全喪失了結構的承載力功能和本身的使用功能，而且完全失去了自立功能，局部或整體倒塌在地上，完全喪失恢復功能的可能性。目前，國內學者對料倉倒塌原因進行了大量研究。程文超等人[1]通過對料倉錐體底部的鋼板、支腿與筒體連接處的焊縫分別進行無損檢測，發現料倉錐體底部焊縫質量存在不同程度的缺陷，導致料倉錐體底部鋼板開裂、支腿發生彎曲，引起料倉倒塌。朱兆華等人[2]發現鋼架整體穩定性設計不能滿足規范要求導致石灰石料倉倒塌。周新祥等人[3]對鋼結構支架上端與筒體焊接及連接處的應力強度進行分析計算，結果表明，焊接面尺寸不足造成焊接強度不夠，使上端與筒體先脫離，鋼結構支架失效，儲料倉倒塌破壞。料倉結構鋼材的選用應遵循技術可靠、經濟合理的原則，需要考慮荷載特征、連接方法、結構形式、應力狀態、工作環境、鋼材厚度及價格等因素。料倉采用的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和磷、硫含量的合格保證，本文通過結構穩定性、焊接質量、化學成分和力學性能分析了料倉倒塌的原因，為同類料倉的結構安全設計提供了可靠的參考依據。

1.料倉結構

料倉的組成結構主要由倉上建筑物、倉頂、倉壁、倉底、倉下支撐結構（筒壁或柱）及基礎六個主要部分構成。倉上建筑物是根據料倉的實際功能所設置的結構，根據工藝要求進行建造，倉頂是封閉倉體頂面的結構，倉壁是與貯料直接接觸且承受貯料側壓力的倉體豎壁，倉底是料倉倉壁下面的封閉結構，倉下支撐結構是料倉基礎以上倉體以下的支撐結構，內襯是用于倉底、漏斗及部分倉壁的保護結構，一般采用抗磨耗且有利于貯料流動的襯砌。該料倉為單排矩形筒倉，共由六個筒倉組成，其中4個承載量為38.5t，另外2個承載量為22t，料倉整體高度為11000mm，倉體高度為4500mm，其中1#～4#料倉正面寬度為3500mm，5#～6#料倉正面寬度為2000mm，20H鋼牌號為Q235B，料倉是送料系統的一部分，料倉進料方式為壓送式氣力輸送，飼料依靠氣力從頂部進倉口進入倉體，料斗下部有電動閘和手動閘，倉底有運料車手動向較遠養殖處運輸飼料。料倉示意圖如圖1所示。

圖1 料倉示意圖

2.事故簡介

料倉于2019年10月份開始使用，平時使用料倉裝載量約為40%，過年期間裝載量約70%，2020年1月份料倉突然倒塌，倒塌當晚進料倉為第四個料倉，倒塌時第一個料倉沒有飼料，其余裝載70%～80%，隨后在料倉筒壁上切割開口，將飼料轉移，料倉倒塌圖如圖2所示。

圖2 料倉倒塌圖片

3.倒塌原因分析

3.1 現場調查分析

料倉立柱和倉體底框為20H鋼，倉體側邊框為16號槽鋼，倉壁的加強筋及頂部框為10號槽鋼，未見立柱間有支撐，立柱柱腳焊接有底板，基礎中預埋的鋼筋通過底板上預留孔位彎折后進行連接。料倉整體倒塌偏離基礎，立柱彎折嚴重，有柱腳焊接底板直接與鋼筋脫離，脫離的底板有彎曲變形和孔破裂的現象，部分底板與立柱分離，柱腳與底板直接與鋼筋脫落，如圖3～圖5所示。柱腳底板焊接存在未焊透現象、焊道外觀形狀不良，存在凹痕、氣孔等，柱腳焊接缺陷如圖6和圖7所示。

圖3 柱腳與底板直接與鋼筋脫落圖

圖4 柱腳與底板分離圖

圖5 柱腳與基礎連接處圖片

圖6 柱腳焊接缺陷（一）

圖7 柱腳焊接缺陷（二）

根據現場檢查結果可知，立柱與基礎連接無預埋的地腳螺栓進行固定，采用鋼筋彎折無法滿足結構的穩定性。柱腳與底板焊接存在缺陷，部分立柱與底板分離，連接部位的焊口存在未熔透焊實的現象，柱腳焊縫為一級焊縫，其焊縫質量不符合GB 50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》中“5.2.6一級、二級焊縫不得有表面氣孔、未焊滿等缺陷”的要求，亦不符合GB 50017-2017《鋼結構設計標準》中“11.3焊接連接構造要求重要連接或有強度要求的對接焊縫應為熔透焊縫”的要求[4]。料倉安裝時，現場施工人員的焊接技術不成熟，可能會導致焊縫質量不合格，焊縫缺陷將削弱焊縫的受力面積，而且在缺陷處形成應力集中，裂縫往往先從那里開始，并擴展開裂，成為連接破壞的根源，對料倉的結構非常不利。支撐鋼柱未見有效支撐體系。對料倉立柱H型鋼進行取樣檢測。樣品照片如圖8所示。

圖8 H型鋼樣品圖

3.2 化學成分分析

依據GB/T 4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定 火花放電原子發射光譜法（常規法）》對H型鋼進行化學成分分析，并依據GB/T 700-2006《碳素結構鋼》[5]進行判定，結果如表1所示。根據化學成分分析結果可知，H型鋼化學成分符合Q235B的要求。

表1 化學成分分析結果（質量分數%）

3.3 力學性能測試

依據GB/T 228.1-2010《 金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》對檢材1進行拉伸試驗，并依據GB/T 11263-2017《 熱軋H型鋼和剖分T型鋼》及GB/T 700-2006《碳素結構鋼》進行判定，結果如表2所示。根據力學性能分析結果可知，H型鋼力學性能符合GB/T 11263-2017《 熱軋H型鋼和剖分T型鋼》及GB/T 700-2006《 碳素結構鋼》中Q235B的要求。

表2 拉伸試驗結果

4.分析與討論

依據GB 50884-2013 《鋼筒倉技術規范》4.1.1強制性要求可知，鋼筒倉的設計應計算其永久載荷、可變載荷、溫度作用及地震作用，其中可變載荷包含管道輸送產生的正、負壓力，以及依據GB 50884-2013《鋼筒倉技術規范》6.1.2強制性要求可知，矩形鋼筒倉結構設計時需包括鋼筒倉與基礎的錨固計算。涉案料倉立柱高度6500mm，整體高度11000mm，屬于典型的上大下小、上重下輕的結構，立柱與基礎連接節點為重要節點，其下部支撐結構的穩定性至關重要，決定其使用壽命及安全性。涉案料倉未見有效支撐體系及可靠的基礎錨固，無法滿足荷載下的穩定性要求。

5.結語

料倉立柱之間無支撐，立柱與基礎無錨栓固定，整體結構無穩定可靠的連接，無法滿足穩定性要求，料倉在服役過程中荷載的作用下立柱失穩而倒塌。