鋼桁架輸煤棧橋可靠性檢測分析

郭蓬勃

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦選煤廠，河南平頂山 467012)

1 工程概況

鋼桁架輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)形式為單跨簡支鋼結(jié)構(gòu)桁架棧橋結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)連續(xù)皮帶傳輸機(jī)，棧橋長32 m，傾角20°，由混凝土柱和主廠房懸臂梁支撐，棧橋中間為傳送帶，兩側(cè)布置為混凝土臺階。鋼桁架棧橋桿件為雙角鋼相并，跨度是29.4 m 的單跨鋼結(jié)構(gòu)，鋼桁架在主廠房一端為滾動支座，另一端為固定支座(圖1)。鋼桁架設(shè)計(jì)起拱L/500(L為鋼桁架跨度)，斷面尺寸為3.2 m×3.0 m，角鋼規(guī)格為L140×10，L140×90×10，L125×10，L100×8，L63×6，L80×8 等。

圖1 鋼桁架節(jié)點(diǎn)編號

該工程從投入使用到現(xiàn)在已有三十多年歷史，由于受礦區(qū)環(huán)境氣候和工作潮濕環(huán)境的影響，長期處于不利環(huán)境中，腐蝕情況日漸嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)安全性降低。為了有效修復(fù)和加固受損結(jié)構(gòu)，保證整個煤倉生產(chǎn)系統(tǒng)的安全，對該工程的鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)安全檢測分析，以確保整個煤倉生產(chǎn)結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)有足夠的耐久性。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 檢測內(nèi)容及方法

現(xiàn)場檢測的范圍主要包括建筑物目前的使用狀況、整體變形等方面的情況;鋼結(jié)構(gòu)桿件斷面腐蝕情況，危險截面處截面面積，剩余承載力計(jì)算;鋼結(jié)構(gòu)變形估算。

現(xiàn)場檢查、測試的主要內(nèi)容包括:鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計(jì)建設(shè)年代和使用歷史、使用環(huán)境、使用功能;輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)布置體系，承重結(jié)構(gòu)體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)及各種連接環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀。

整個調(diào)查與檢測分三步進(jìn)行，即初步調(diào)查、詳細(xì)調(diào)查和測試、補(bǔ)充檢測。初步調(diào)查主要對現(xiàn)場情況、環(huán)境狀況、生產(chǎn)特點(diǎn)、輸煤棧橋設(shè)計(jì)與施工歷史、輸煤棧橋變更、維修和改造作了調(diào)研，并熟悉圖紙，以便從整體上掌握輸煤棧橋的基本情況。初步調(diào)查結(jié)果見輸煤棧橋初步調(diào)查表。詳細(xì)調(diào)查和測試包括對鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋的承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)的破損狀況與變形情況的檢查、測試。在詳細(xì)調(diào)查階段，對典型問題進(jìn)行了拍照記錄，以便直觀了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的缺陷、開裂、損傷及破壞情況。補(bǔ)充檢測是在對現(xiàn)場檢測結(jié)果進(jìn)行整理和初步分析的基礎(chǔ)上，對個別尚不清楚和難以確定的項(xiàng)目再進(jìn)行專項(xiàng)檢查和測試。

2.2 檢測結(jié)果

該鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋由兩個平行弦桁架通過上下水平橫向支撐組成，上下弦各11個節(jié)點(diǎn)，編號見圖1。其傾角為17.5°，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為藍(lán)色彩鋼板，單跨鋼結(jié)構(gòu)，跨度為28.039 m，由兩個鋼筋混凝土框架柱和主廠房外伸懸臂梁支撐。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)東側(cè)鋼桁架下弦節(jié)點(diǎn)由于長期受到腐蝕性的煤水侵泡，腐蝕情況較嚴(yán)重，個別桿件幾乎斷裂。

與東桁架下弦節(jié)點(diǎn)相比，東桁架上弦節(jié)點(diǎn)銹蝕情況較輕，節(jié)點(diǎn)板、焊縫及其相連的腹桿、上弦橫向水平支撐無明顯銹蝕，后經(jīng)處理的防銹漆完好;西桁架上、下弦節(jié)點(diǎn)及相連的桿件防銹漆已脫落，表面生成較薄的一層浮銹，銹蝕深度不大，未見層狀鐵銹脫落，桿件狀況基本良好。

3 鋼桁架輸煤棧橋承載力分析

3.1 承載力驗(yàn)算

鋼桁架輸煤棧橋的驗(yàn)算主要包括兩個桁架桿件承載力驗(yàn)算、桿件與節(jié)點(diǎn)板焊縫連接驗(yàn)算、桿件長細(xì)比驗(yàn)算以及節(jié)點(diǎn)板驗(yàn)算等。

該輸煤棧橋?yàn)橹虚g利用水平支撐及橫梁相連的兩個鋼桁架，其結(jié)構(gòu)計(jì)算可簡化為一榀桁架受力進(jìn)行計(jì)算，桁架為平行弦桁架，中間加人字形腹桿及豎桿組成，一端固定鉸支，另一端滾動鉸支，其計(jì)算簡圖見圖2。

雪荷載、積灰荷載及屋面活荷載、結(jié)構(gòu)層恒載等取值原則上按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［1］，樓面活荷載依據(jù)《選煤廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］確定。

圖2 鋼桁架輸煤棧橋計(jì)算簡圖

3.2 驗(yàn)算結(jié)果

輸煤棧橋的東桁架由于長期受到煤水浸泡，腐蝕比較嚴(yán)重，特別是與下弦節(jié)點(diǎn)相連的桿件，包括豎腹桿、斜腹桿及下弦桿，根據(jù)國家《鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程》［3］規(guī)范，對其進(jìn)行驗(yàn)算。輸煤棧橋由于下弦節(jié)點(diǎn)銹蝕特別嚴(yán)重，與此相關(guān)的桿件、節(jié)點(diǎn)板及焊縫都產(chǎn)生了不同程度的銹蝕。檢測數(shù)據(jù)驗(yàn)算結(jié)果表明，共有8 根桿件不滿足承載力要求，焊縫除了桿件銹蝕破壞嚴(yán)重的7 根桿件，剩余桿件焊縫均滿足承載力要求，對于節(jié)點(diǎn)板共有6個不滿足要求。輸煤棧橋西桁架腐蝕情況較輕，根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果桿件承載力、焊縫承載力及節(jié)點(diǎn)板均滿足承載力要求。

4 鋼桁架輸煤棧橋變形分析

4.1 桿件變形

此次檢測桿件變形主要測量了東桁架的腹桿，包括其平面內(nèi)變形和平面外變形，桿件平面外變形很小，表1 給出了銹蝕嚴(yán)重的東桁架受壓腹桿平面內(nèi)變形的分析結(jié)果。

表1 桿件變形結(jié)果

4.2 垂直度

對于輸煤棧橋的東西兩個桁架都進(jìn)行了垂直度測量，測點(diǎn)選擇在兩端及跨中三個測點(diǎn)，棧橋下端上部向東偏斜，中部上部向西偏斜，上端上部偏西，棧橋整體有扭轉(zhuǎn)趨勢，具體見表2。

表2 棧橋東、西桁架垂直度測量結(jié)果(mm)

4.3 整體撓度

輸煤棧橋由于使用時間較長，且東桁架個別桿件出現(xiàn)腐蝕銹蝕斷裂現(xiàn)象，需進(jìn)行整體撓度測量，通過測量跨中撓度15 mm。由于設(shè)計(jì)時桁架起拱L/500，即58.8 mm，故整個桁架在近三十年的使用過程中，以及近期由于部分桿件銹蝕斷裂影響，輸煤棧橋跨中撓度共變化73.8 mm。

5 檢測結(jié)論

根據(jù)該輸煤鋼桁架棧橋的現(xiàn)場檢測結(jié)果及結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算分析，提出以下檢測結(jié)論:

(1)東 桁 架 桿 件X3X4、X4X5、X5X6、X7X8、S10X9、S10X10、S2X、S4X4、S6X6、S8X8、S9X9 承載力不足，需要進(jìn)行加固處理;

(2)東桁架X4、X7、X9節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)板銹蝕嚴(yán)重，已不滿足承載力及構(gòu)造要求，需要進(jìn)行處理;

(3)棧橋下端破損屋面板進(jìn)行替換修復(fù)，保證維護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性;

(4)棧橋地面水及腐蝕性介質(zhì)較多，應(yīng)及時清掃，防止堆積到鋼桁架節(jié)點(diǎn)處;

(5)對棧橋所有桿件、節(jié)點(diǎn)板及固體墻體進(jìn)行防腐處理，保證結(jié)構(gòu)的耐久性。

［1］GB 50010—2002 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］

［2］GB 50583 –2010 選煤廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］YB/T 9257 –96 鋼結(jié)構(gòu)檢測評定及加固技術(shù)規(guī)程［S］