某銹蝕鋼灰?guī)熘Ъ艿姆治黾凹庸烫幚恝?/h1>
2015-04-13 02:28:48范佳南張燕莉
佳木斯大學學報(自然科學版) 2015年4期
范佳南，張燕莉
(1.同濟大學結(jié)構(gòu)工程與防災研究所，上海200092;2.上海中房建筑設計有限公司，上海200021)
0 引 言
鋼灰?guī)熘Ъ苁腔鹆Πl(fā)電廠氣力除灰系統(tǒng)的重要組成部分.近年來，由于我國鋼材產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和鋼結(jié)構(gòu)自重輕、易于安裝等優(yōu)點，鋼結(jié)構(gòu)灰?guī)煸絹碓蕉嗟氐玫搅藨?與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)灰?guī)煜啾?，鋼結(jié)構(gòu)灰?guī)?，尤其是支承灰?guī)斓匿撝Ъ芙Y(jié)構(gòu)不可避免地存在銹蝕的問題.鋼灰?guī)熘Ъ茕P蝕受損，如處理不當，會影響火力發(fā)電廠除灰系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，甚至有安全生產(chǎn)隱患，造成不同程度的經(jīng)濟損失.
本文以某電廠鋼灰?guī)熘Ъ茕P蝕受損為研究背景，以ANSYS 有限元軟件為工具，對銹蝕鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性及加固進行分析.
1 工程概況
某電廠1#、2#機組粉煤灰分選系統(tǒng)鋼灰?guī)熘Ъ?圖1，簡稱鋼灰?guī)熘Ъ?建成于2006 年，為全鋼結(jié)構(gòu)，鋼材為Q235B.鋼構(gòu)件的除銹等級為Sa2.5，涂層為環(huán)氧富鋅底漆兩道，中間漆，氯化橡膠面漆一道.灰?guī)靷}體直徑7.0m，庫頂標高26.7m.灰?guī)熘Ъ転槿摻Y(jié)構(gòu)，所用鋼材為Q235B.鋼灰?guī)熘Ъ芊謨蓪?，標高分別為5.500m 和16.500m.標高5.500m 處的平臺鋪板采用隔柵板，設計負荷為250kg/m2.立柱為焊接H 型鋼H 500×500×12×20，標高±0.000m ～5.500m 處的柱間支撐為槽鋼2［10 和槽鋼2［14a，標高5.500 ～16.500m 處的柱間支撐為無縫鋼管φ299×10.
鋼灰?guī)熘Ъ芷矫娌贾檬疽鈭D見圖2，立面布置示意圖見圖3.
圖1 鋼灰?guī)熘Ъ墁F(xiàn)貌
梁柱節(jié)點為梁與帶有懸臂段的柱的連接.其中懸臂段與柱的連接采用工廠全焊接連接，為等強連接，焊縫等級二級.梁與懸臂段的連接全部采用10.9 級M22 高強型螺栓，連接面不刷油漆，噴砂處理，抗滑移系數(shù)不小于0.4.梁與帶有懸臂段的柱的連接(標高5.500m 處)如圖4 所示.
2 現(xiàn)場調(diào)查檢測
2.1 基礎檢測
檢測結(jié)果表明:鋼柱墩尺寸與原設計圖紙吻合，其混凝土表面平整密實，施工質(zhì)量好.鋼柱墩混凝土強度滿足原設計值(C25)，混凝土強度較高.
2.2 鋼支架檢測
檢測結(jié)果表明:鋼支架的構(gòu)件尺寸與原設計圖紙吻合.鋼材強度達到原設計等級(Q235).
2.3 受損情況調(diào)查
現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，鋼支架有不同程度的受損缺陷，尤其是部分鋼梁水平連接板銹蝕嚴重(見圖5)，腹板連接板未見或少見銹蝕現(xiàn)象，水平連接板的最大銹蝕深度達2mm.
圖2 鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)平面布置示意圖
圖3 鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)立面布置示意圖
3 荷載計算
鋼灰?guī)熘Ъ艹袚怪焙奢d和水平荷載.垂直荷載有上部灰?guī)靷鱽淼暮奢d及支架的自重.水平荷載有風荷載和地震力.
圖4 梁與帶有懸臂段的柱的連接
圖5 部分鋼梁水平連接板銹蝕受損現(xiàn)狀
3.1 恒 載
鋼支架所用鋼材為Q235B，密度為7.85t/m3.根據(jù)圖紙?zhí)峁┑臉?gòu)件尺寸計算可知鋼灰?guī)熘Ъ芸傊貫?78kN，上部灰?guī)旄鞑考耙恍└綄贅?gòu)件的自重為332kN，灰?guī)祉敳康匿摻Y(jié)構(gòu)及附屬設備的自重為50kN.
3.2 活荷載
活荷載主要有灰?guī)旆e灰荷載，頂部活荷載及二層平臺活荷載，此外還應考慮雪荷載.計算積灰荷載時按滿貯計算.
(1)粉煤灰重量(貯滿)為4064kN.
(2)二層鋼平臺活荷載為2.5kN/m2，鋼灰?guī)祉敳炕詈奢d取2.0kN/m2.
(3)雪荷載
雪荷載作用根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009－2012［1］有關規(guī)定確定.雪荷載與鋼灰?guī)祉斏w活荷載不同時組合.鋼灰?guī)祉斆娴难┖奢d標準值按下式計算:
式中:Sk為雪荷載標準值(kN/m2);μr為鋼灰?guī)祉斆娣e雪分布系數(shù)(根據(jù)灰?guī)煨螤?，?.8 ～1.4，凸起區(qū)域取低值，凹陷區(qū)域取高值)，本工程中μr=1;S0為基本雪壓(kN/m2)，本工程地區(qū)基本雪壓值為0.30kN/m2.
將上述數(shù)據(jù)代入公式，計算得雪荷載標準值為:
灰?guī)祉斆娴目偟难┖奢d:
3.3 風荷載
風荷載以面荷載的形式作用于鋼灰?guī)靷}體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻鋼板.由于鋼支架頂部對鋼灰?guī)斓撞康募s束作用，在鋼支架頂部產(chǎn)生約束反力.
垂直于建筑物表面的風荷載標準值按下式計算:
式中:Wk為風荷載標準值(kN/m2);βz為高度z 處的風振系數(shù);μs為風荷載體型系數(shù);μz為風壓高度變化系數(shù);W0為基本風壓(kN/m2)，本工程取0.5kPa.
3.4 地震作用
本工程所處地區(qū)抗震設防烈度為7 度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.10g，場地類別為Ⅳ類，場地特征周期為0.65s.
計算水平地震作用時，可采用底部剪力法或振型分解反應譜法進行計算［2］.當采用底部剪力法時可采用單質(zhì)點體系模型，且應符合下列規(guī)定:①質(zhì)點位置可置于柱頂;②水平地震作用標準值的作用點置于鋼灰?guī)斓馁|(zhì)心處;③質(zhì)點重力荷載代表值取設備自重標準值和可變荷載組合值之和.可變荷載組合值系數(shù)按表1 取用.
結(jié)構(gòu)的水平地震作用按下式確定:
式中:FEK為結(jié)構(gòu)總水平地震作用標準值;α1為相應于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值，多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，宜取水平地震影響系數(shù)最大值;Geq為結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點應取總重力荷載代表值，多質(zhì)點可取總重力荷載代表值的85%.
對于該鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu):
根據(jù)自振周期的經(jīng)驗公式，自振周期
T1=0.013×26.7=0.3471s;
阻尼比取0.04，阻尼調(diào)整系數(shù)
水平地震影響系數(shù)
滿貯狀態(tài)下的地震荷載:
圖6 鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)的有限元模型
4 鋼灰?guī)熘Ъ苡邢拊７治?/h2>
本文計算采用ANSYS 建立有限元模型［3］，按空間框架進行分析計算.梁柱構(gòu)件及標高±0.000～5.500m 處的支撐用空間梁單元beam188 模擬，建模時根據(jù)鋼灰?guī)熘Ъ艿膱D紙分別定義了13 種梁單元截面.對于標高5.500 ～16.500 處的無縫鋼管支撐φ299×10，根據(jù)其截面特性，用PIPE16 單元模擬.自重荷載通過施加慣性荷載的命令ACEL 施加重力加速度實現(xiàn)，其他荷載等效簡化后施加于鋼支架上.對于梁與懸臂段的連接，由于水平連接板的銹蝕，螺栓喪失了預緊力，由摩擦型連接變?yōu)槌袎盒瓦B接，在受力的瞬間水平連接板會產(chǎn)生滑移.因此在靜力核算過程中把梁與懸臂段的連接按鉸接計算.建立的鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)有限元模型如圖6所示.計算得到的最大米塞斯應力為143.1MPa，最大撓度值為17.5mm，小于規(guī)范［4］允許的結(jié)構(gòu)撓度限值l0/250=7000/250 =28mm，與未銹蝕的結(jié)構(gòu)靜力的計算結(jié)果的對比見表2.可知，銹蝕之后構(gòu)件的最大應力值仍可以滿足要求，但由于銹蝕導致連接方式的改變，最大應力的位置有所變化，結(jié)構(gòu)整體進行了應力重分布.
表2 鋼支架銹蝕前后的靜力計算結(jié)果
5 銹蝕鋼支架結(jié)構(gòu)的加固
由第4 節(jié)的靜力分析可知，銹蝕之后的鋼灰?guī)熘Ъ芘c銹蝕前相比，最大應力及最大撓度變形仍符合規(guī)范要求，應力會重分布.為防止銹蝕進一步加劇，必須對構(gòu)件的銹蝕部位進行除銹處理，更換銹蝕嚴重的水平連接板.更換水平連接板的過程中鋼柱懸臂段與梁處于無連接狀態(tài)，需驗證此狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)(即切斷梁與柱懸臂段的一處連接)的安全性.由于標高5.500m 和標高16.500m 處均有需要置換的水平連接板，故建立并檢驗兩個模型:
(1)模型a:切斷標高16.500m 處的梁與柱懸臂段的一處連接;
(2)模型a:切斷標高5.500m 處的梁與柱懸臂段的一處連接.
最大應力和最大撓度的計算結(jié)果如表3 所示.
表3 模型a 和模型b 的計算結(jié)果
對于b 模型，標高5.500m 和標高16.500m 的主梁在Z 方向上的撓度很小.對于a 模型，標高16.500m 的主梁在Z 方向上的最大撓度比約束解除之前增大，達到10.5mm，且最大撓度出現(xiàn)在解除約束的梁的自由端.
《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50017－2003 對工作平臺梁所規(guī)定的撓度容許限值是從構(gòu)件的正常使用和觀感出發(fā)的，同時考慮到加固施工過程對安裝間隙的要求，和今后鋼平臺的使用環(huán)境(若平臺梁端部撓度大，導致高強螺栓連接處易積水易腐蝕)，為此在更換標高16.500m 處的水平連接板之前，應采取措施減小主梁自由端的撓度，在施工之前先在相應的部位增加支撐構(gòu)件GZC1 和GZC2.支撐形式如圖7 所示.
對增加支撐并解除了相應連接板約束之后的鋼支架重新建模進行計算分析，記為模型c.支撐構(gòu)件GZC1 和GZC2 的截面尺寸分別取2［16a 和2［12.6.
計算結(jié)果表明，標高16.500m 處的主梁的最大撓度仍出現(xiàn)在解除約束主梁的自由端，但是由于增加了支撐，其值從10.5mm 降到了2.6mm(圖8).說明圖7 的支撐形式可以有效減小梁自由端的撓度.因此，在解除一個鋼梁節(jié)點的約束之前，先增設圖7 所示的加固支撐，然后對鋼梁進行除銹噴砂處理，再更換銹蝕嚴重的連接板，直至全部銹蝕嚴重的連接板被置換.加固施工完畢的鋼支架立面如圖9 所示.
圖7 增加的支撐
圖8 鋼灰?guī)熘Ъ?標高16.500m 處)的位移云圖
圖9 加固后的鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)立面布置示意圖
6 結(jié) 論
通過對銹蝕受損的鋼灰?guī)熘Ъ苓M行有限元受力分析，可得出以下結(jié)論:
(1)銹蝕之后的鋼灰?guī)熘Ъ芘c銹蝕前相比，除了水平連接板，構(gòu)件在尺寸上并無明顯的削弱.但是由于水平連接板的嚴重銹蝕導致了連接方式的改變，應力會重分布.盡管計算表明銹蝕后的鋼灰?guī)熘Ъ艿淖畲髴χ岛妥畲髶隙戎等钥梢詽M足要求，但為了防止銹蝕的加劇，必須對構(gòu)件的銹蝕部位進行除銹處理，并更換銹蝕嚴重的水平連接板.
(2)在置換水平連接板過程中，對應的鋼柱懸臂段與梁處于無連接狀態(tài).計算表明在置換標高16.500m 處的水平連接板過程中，主梁在Z 方向上的最大撓度明顯大于約束解除之前，達到10.5mm，且最大撓度出現(xiàn)在解除約束的梁的自由端.考慮到加固施工過程對安裝間隙的要求，和今后鋼平臺的使用環(huán)境(若平臺梁端部撓度大，導致高強螺栓連接處易積水易腐蝕)，為此在更換標高16.500m 處的水平連接板之前，應采取措施減小主梁自由端的撓度，在施工之前先在相應的部位增加支撐構(gòu)件GZC1 和GZC2.
(3)置換水平連接板前增加支撐可以減小施工過程中主梁的撓度變形，達到減小安裝間隙的目的.
［1］ 中華人民共和國國家標準，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009－2012)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.
［2］ 中華人民共和國國家標準，建筑抗震設計規(guī)范(GB50011－2010)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.
［3］ 王新敏.ANSYS 工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［M］.北京:人民交通出版社，2007.
［4］ 中華人民共和國國家標準，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB50017－2003)［S］.北京:中國計劃出版社，2003.
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鋼灰?guī)熘Ъ苁腔鹆Πl(fā)電廠氣力除灰系統(tǒng)的重要組成部分.近年來，由于我國鋼材產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和鋼結(jié)構(gòu)自重輕、易于安裝等優(yōu)點，鋼結(jié)構(gòu)灰?guī)煸絹碓蕉嗟氐玫搅藨?與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)灰?guī)煜啾?，鋼結(jié)構(gòu)灰?guī)?，尤其是支承灰?guī)斓匿撝Ъ芙Y(jié)構(gòu)不可避免地存在銹蝕的問題.鋼灰?guī)熘Ъ茕P蝕受損，如處理不當，會影響火力發(fā)電廠除灰系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，甚至有安全生產(chǎn)隱患，造成不同程度的經(jīng)濟損失.
本文以某電廠鋼灰?guī)熘Ъ茕P蝕受損為研究背景，以ANSYS 有限元軟件為工具，對銹蝕鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性及加固進行分析.
1 工程概況
某電廠1#、2#機組粉煤灰分選系統(tǒng)鋼灰?guī)熘Ъ?圖1，簡稱鋼灰?guī)熘Ъ?建成于2006 年，為全鋼結(jié)構(gòu)，鋼材為Q235B.鋼構(gòu)件的除銹等級為Sa2.5，涂層為環(huán)氧富鋅底漆兩道，中間漆，氯化橡膠面漆一道.灰?guī)靷}體直徑7.0m，庫頂標高26.7m.灰?guī)熘Ъ転槿摻Y(jié)構(gòu)，所用鋼材為Q235B.鋼灰?guī)熘Ъ芊謨蓪?，標高分別為5.500m 和16.500m.標高5.500m 處的平臺鋪板采用隔柵板，設計負荷為250kg/m2.立柱為焊接H 型鋼H 500×500×12×20，標高±0.000m ～5.500m 處的柱間支撐為槽鋼2［10 和槽鋼2［14a，標高5.500 ～16.500m 處的柱間支撐為無縫鋼管φ299×10.
鋼灰?guī)熘Ъ芷矫娌贾檬疽鈭D見圖2，立面布置示意圖見圖3.
圖1 鋼灰?guī)熘Ъ墁F(xiàn)貌
梁柱節(jié)點為梁與帶有懸臂段的柱的連接.其中懸臂段與柱的連接采用工廠全焊接連接，為等強連接，焊縫等級二級.梁與懸臂段的連接全部采用10.9 級M22 高強型螺栓，連接面不刷油漆，噴砂處理，抗滑移系數(shù)不小于0.4.梁與帶有懸臂段的柱的連接(標高5.500m 處)如圖4 所示.
2 現(xiàn)場調(diào)查檢測
2.1 基礎檢測
檢測結(jié)果表明:鋼柱墩尺寸與原設計圖紙吻合，其混凝土表面平整密實，施工質(zhì)量好.鋼柱墩混凝土強度滿足原設計值(C25)，混凝土強度較高.
2.2 鋼支架檢測
檢測結(jié)果表明:鋼支架的構(gòu)件尺寸與原設計圖紙吻合.鋼材強度達到原設計等級(Q235).
2.3 受損情況調(diào)查
現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，鋼支架有不同程度的受損缺陷，尤其是部分鋼梁水平連接板銹蝕嚴重(見圖5)，腹板連接板未見或少見銹蝕現(xiàn)象，水平連接板的最大銹蝕深度達2mm.
圖2 鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)平面布置示意圖
圖3 鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)立面布置示意圖
3 荷載計算
鋼灰?guī)熘Ъ艹袚怪焙奢d和水平荷載.垂直荷載有上部灰?guī)靷鱽淼暮奢d及支架的自重.水平荷載有風荷載和地震力.
圖4 梁與帶有懸臂段的柱的連接
圖5 部分鋼梁水平連接板銹蝕受損現(xiàn)狀
3.1 恒 載
鋼支架所用鋼材為Q235B，密度為7.85t/m3.根據(jù)圖紙?zhí)峁┑臉?gòu)件尺寸計算可知鋼灰?guī)熘Ъ芸傊貫?78kN，上部灰?guī)旄鞑考耙恍└綄贅?gòu)件的自重為332kN，灰?guī)祉敳康匿摻Y(jié)構(gòu)及附屬設備的自重為50kN.
3.2 活荷載
活荷載主要有灰?guī)旆e灰荷載，頂部活荷載及二層平臺活荷載，此外還應考慮雪荷載.計算積灰荷載時按滿貯計算.
(1)粉煤灰重量(貯滿)為4064kN.
(2)二層鋼平臺活荷載為2.5kN/m2，鋼灰?guī)祉敳炕詈奢d取2.0kN/m2.
(3)雪荷載
雪荷載作用根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009－2012［1］有關規(guī)定確定.雪荷載與鋼灰?guī)祉斏w活荷載不同時組合.鋼灰?guī)祉斆娴难┖奢d標準值按下式計算:
式中:Sk為雪荷載標準值(kN/m2);μr為鋼灰?guī)祉斆娣e雪分布系數(shù)(根據(jù)灰?guī)煨螤?，?.8 ～1.4，凸起區(qū)域取低值，凹陷區(qū)域取高值)，本工程中μr=1;S0為基本雪壓(kN/m2)，本工程地區(qū)基本雪壓值為0.30kN/m2.
將上述數(shù)據(jù)代入公式，計算得雪荷載標準值為:
灰?guī)祉斆娴目偟难┖奢d:
3.3 風荷載
風荷載以面荷載的形式作用于鋼灰?guī)靷}體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻鋼板.由于鋼支架頂部對鋼灰?guī)斓撞康募s束作用，在鋼支架頂部產(chǎn)生約束反力.
垂直于建筑物表面的風荷載標準值按下式計算:
式中:Wk為風荷載標準值(kN/m2);βz為高度z 處的風振系數(shù);μs為風荷載體型系數(shù);μz為風壓高度變化系數(shù);W0為基本風壓(kN/m2)，本工程取0.5kPa.
3.4 地震作用
本工程所處地區(qū)抗震設防烈度為7 度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.10g，場地類別為Ⅳ類，場地特征周期為0.65s.
計算水平地震作用時，可采用底部剪力法或振型分解反應譜法進行計算［2］.當采用底部剪力法時可采用單質(zhì)點體系模型，且應符合下列規(guī)定:①質(zhì)點位置可置于柱頂;②水平地震作用標準值的作用點置于鋼灰?guī)斓馁|(zhì)心處;③質(zhì)點重力荷載代表值取設備自重標準值和可變荷載組合值之和.可變荷載組合值系數(shù)按表1 取用.
結(jié)構(gòu)的水平地震作用按下式確定:
式中:FEK為結(jié)構(gòu)總水平地震作用標準值;α1為相應于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值，多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房，宜取水平地震影響系數(shù)最大值;Geq為結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點應取總重力荷載代表值，多質(zhì)點可取總重力荷載代表值的85%.
對于該鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu):
根據(jù)自振周期的經(jīng)驗公式，自振周期
T1=0.013×26.7=0.3471s;
阻尼比取0.04，阻尼調(diào)整系數(shù)
水平地震影響系數(shù)
滿貯狀態(tài)下的地震荷載:
圖6 鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)的有限元模型
4 鋼灰?guī)熘Ъ苡邢拊７治?/h2>
本文計算采用ANSYS 建立有限元模型［3］，按空間框架進行分析計算.梁柱構(gòu)件及標高±0.000～5.500m 處的支撐用空間梁單元beam188 模擬，建模時根據(jù)鋼灰?guī)熘Ъ艿膱D紙分別定義了13 種梁單元截面.對于標高5.500 ～16.500 處的無縫鋼管支撐φ299×10，根據(jù)其截面特性，用PIPE16 單元模擬.自重荷載通過施加慣性荷載的命令ACEL 施加重力加速度實現(xiàn)，其他荷載等效簡化后施加于鋼支架上.對于梁與懸臂段的連接，由于水平連接板的銹蝕，螺栓喪失了預緊力，由摩擦型連接變?yōu)槌袎盒瓦B接，在受力的瞬間水平連接板會產(chǎn)生滑移.因此在靜力核算過程中把梁與懸臂段的連接按鉸接計算.建立的鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)有限元模型如圖6所示.計算得到的最大米塞斯應力為143.1MPa，最大撓度值為17.5mm，小于規(guī)范［4］允許的結(jié)構(gòu)撓度限值l0/250=7000/250 =28mm，與未銹蝕的結(jié)構(gòu)靜力的計算結(jié)果的對比見表2.可知，銹蝕之后構(gòu)件的最大應力值仍可以滿足要求，但由于銹蝕導致連接方式的改變，最大應力的位置有所變化，結(jié)構(gòu)整體進行了應力重分布.
表2 鋼支架銹蝕前后的靜力計算結(jié)果
5 銹蝕鋼支架結(jié)構(gòu)的加固
由第4 節(jié)的靜力分析可知，銹蝕之后的鋼灰?guī)熘Ъ芘c銹蝕前相比，最大應力及最大撓度變形仍符合規(guī)范要求，應力會重分布.為防止銹蝕進一步加劇，必須對構(gòu)件的銹蝕部位進行除銹處理，更換銹蝕嚴重的水平連接板.更換水平連接板的過程中鋼柱懸臂段與梁處于無連接狀態(tài)，需驗證此狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)(即切斷梁與柱懸臂段的一處連接)的安全性.由于標高5.500m 和標高16.500m 處均有需要置換的水平連接板，故建立并檢驗兩個模型:
(1)模型a:切斷標高16.500m 處的梁與柱懸臂段的一處連接;
(2)模型a:切斷標高5.500m 處的梁與柱懸臂段的一處連接.
最大應力和最大撓度的計算結(jié)果如表3 所示.
表3 模型a 和模型b 的計算結(jié)果
對于b 模型，標高5.500m 和標高16.500m 的主梁在Z 方向上的撓度很小.對于a 模型，標高16.500m 的主梁在Z 方向上的最大撓度比約束解除之前增大，達到10.5mm，且最大撓度出現(xiàn)在解除約束的梁的自由端.
《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50017－2003 對工作平臺梁所規(guī)定的撓度容許限值是從構(gòu)件的正常使用和觀感出發(fā)的，同時考慮到加固施工過程對安裝間隙的要求，和今后鋼平臺的使用環(huán)境(若平臺梁端部撓度大，導致高強螺栓連接處易積水易腐蝕)，為此在更換標高16.500m 處的水平連接板之前，應采取措施減小主梁自由端的撓度，在施工之前先在相應的部位增加支撐構(gòu)件GZC1 和GZC2.支撐形式如圖7 所示.
對增加支撐并解除了相應連接板約束之后的鋼支架重新建模進行計算分析，記為模型c.支撐構(gòu)件GZC1 和GZC2 的截面尺寸分別取2［16a 和2［12.6.
計算結(jié)果表明，標高16.500m 處的主梁的最大撓度仍出現(xiàn)在解除約束主梁的自由端，但是由于增加了支撐，其值從10.5mm 降到了2.6mm(圖8).說明圖7 的支撐形式可以有效減小梁自由端的撓度.因此，在解除一個鋼梁節(jié)點的約束之前，先增設圖7 所示的加固支撐，然后對鋼梁進行除銹噴砂處理，再更換銹蝕嚴重的連接板，直至全部銹蝕嚴重的連接板被置換.加固施工完畢的鋼支架立面如圖9 所示.
圖7 增加的支撐
圖8 鋼灰?guī)熘Ъ?標高16.500m 處)的位移云圖
圖9 加固后的鋼灰?guī)熘Ъ芙Y(jié)構(gòu)立面布置示意圖
6 結(jié) 論
通過對銹蝕受損的鋼灰?guī)熘Ъ苓M行有限元受力分析，可得出以下結(jié)論:
(1)銹蝕之后的鋼灰?guī)熘Ъ芘c銹蝕前相比，除了水平連接板，構(gòu)件在尺寸上并無明顯的削弱.但是由于水平連接板的嚴重銹蝕導致了連接方式的改變，應力會重分布.盡管計算表明銹蝕后的鋼灰?guī)熘Ъ艿淖畲髴χ岛妥畲髶隙戎等钥梢詽M足要求，但為了防止銹蝕的加劇，必須對構(gòu)件的銹蝕部位進行除銹處理，并更換銹蝕嚴重的水平連接板.
(2)在置換水平連接板過程中，對應的鋼柱懸臂段與梁處于無連接狀態(tài).計算表明在置換標高16.500m 處的水平連接板過程中，主梁在Z 方向上的最大撓度明顯大于約束解除之前，達到10.5mm，且最大撓度出現(xiàn)在解除約束的梁的自由端.考慮到加固施工過程對安裝間隙的要求，和今后鋼平臺的使用環(huán)境(若平臺梁端部撓度大，導致高強螺栓連接處易積水易腐蝕)，為此在更換標高16.500m 處的水平連接板之前，應采取措施減小主梁自由端的撓度，在施工之前先在相應的部位增加支撐構(gòu)件GZC1 和GZC2.
(3)置換水平連接板前增加支撐可以減小施工過程中主梁的撓度變形，達到減小安裝間隙的目的.
［1］ 中華人民共和國國家標準，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009－2012)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.
［2］ 中華人民共和國國家標準，建筑抗震設計規(guī)范(GB50011－2010)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.
［3］ 王新敏.ANSYS 工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［M］.北京:人民交通出版社，2007.
［4］ 中華人民共和國國家標準，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB50017－2003)［S］.北京:中國計劃出版社，2003.
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