某收費(fèi)站現(xiàn)有結(jié)構(gòu)鑒定分析

張 華

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司，山西 太原 030003)

某收費(fèi)站現(xiàn)有結(jié)構(gòu)鑒定分析

張 華

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司，山西 太原 030003)

以某收費(fèi)站為例，利用MIDAS Gen結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件對(duì)該收費(fèi)站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析，并對(duì)分析后的結(jié)構(gòu)提出了處理建議，為處于類似地理位置和受類似地理環(huán)境影響的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力和鑒定分析提供參考。

收費(fèi)站，網(wǎng)架，可靠性，鑒定分析

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到越來越大的支撐作用。作為高速公路基礎(chǔ)設(shè)施也得到了大規(guī)?？焖俚陌l(fā)展，其中一些收費(fèi)站建于存在地質(zhì)條件差及地質(zhì)災(zāi)害影響惡劣的自然環(huán)境中，由于地理環(huán)境及位置的影響，結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性已嚴(yán)重降低。因此有必要對(duì)收費(fèi)站收費(fèi)棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)鑒定及承載力驗(yàn)算，為后續(xù)使用提供可靠建議。

1 工程概況

某收費(fèi)站收費(fèi)棚建于2009年前后，長(zhǎng)為78.70 m，寬為19.80 m，建筑總高度為9.3 m，總建筑面積為1 558.26 m2；該收費(fèi)棚結(jié)構(gòu)體系為螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架形式為正放四角錐網(wǎng)架，網(wǎng)架支承于下部鋼管混凝土柱柱頂，支承方式為下弦平面之下設(shè)柱帽的點(diǎn)支承，鋼管混凝土柱下采用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。收費(fèi)站外觀見圖1，內(nèi)部現(xiàn)狀見圖2。

2 結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算

采用MIDAS Gen結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)該空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建模并進(jìn)行承載能力分析。MIDAS Gen軟件是一款主要面向建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的通用有限元分析軟件，根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙及檢測(cè)結(jié)果，得出計(jì)算模型見圖3。結(jié)構(gòu)自重由軟件自動(dòng)計(jì)算，荷載及計(jì)算參數(shù)的選取依據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙和GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，參數(shù)見表1。

在未考慮網(wǎng)架桿件銹蝕、桿件變形、損傷以及截面削弱等不利影響的情況下，桿件強(qiáng)度驗(yàn)算應(yīng)力比見圖4。

表1 荷載及設(shè)計(jì)參數(shù)選取

在該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)現(xiàn)有變形和位移情況下，部分與網(wǎng)架支座相連桿件的強(qiáng)度驗(yàn)算應(yīng)力比(軸向應(yīng)力比)已大于1，個(gè)別桿件強(qiáng)度應(yīng)力比已大于2，故可知此部分桿件承載力已不滿足規(guī)范要求，且支座處變形引起很大的水平支座反力。

依據(jù)GB 50292—1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)第4.3.2條的有關(guān)規(guī)定，對(duì)網(wǎng)架構(gòu)件的承載能力等級(jí)進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)，結(jié)果見表2。

表2 網(wǎng)架構(gòu)件的安全性等級(jí)評(píng)定結(jié)果

根據(jù)網(wǎng)架承載力驗(yàn)算結(jié)果可知，在網(wǎng)架現(xiàn)有變形情況下，該網(wǎng)架部分桿件的承載力不滿足承載力要求，因此依據(jù)GB 50292—1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)第6.3.2條的有關(guān)規(guī)定，該網(wǎng)架的安全性等級(jí)按照承載功能應(yīng)評(píng)為Du級(jí)。

3 檢測(cè)結(jié)論

經(jīng)檢測(cè)，該收費(fèi)站收費(fèi)棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，部分支座斜桿及個(gè)別下弦桿件目前存在明顯的屈曲變形，變形程度已經(jīng)嚴(yán)重危及結(jié)構(gòu)承載安全。經(jīng)檢測(cè)分析，目前該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律與網(wǎng)架地基不均勻沉降規(guī)律完全吻合，由此可見地基不均勻沉降是導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)網(wǎng)架桿件出現(xiàn)變形、支座與柱頂分離的主要原因。

4 結(jié)構(gòu)鑒定

依據(jù)GB 50292—1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)第6.2.4條，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，可將該結(jié)構(gòu)地基的安全性按地基變形(建筑物沉降)觀測(cè)資料或其上部結(jié)構(gòu)反映的檢查結(jié)果評(píng)定為Cu級(jí)。

根據(jù)GB 50292—1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)第6.3.5條，各類結(jié)構(gòu)不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的要求結(jié)合本次傾斜變形觀測(cè)結(jié)果，且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的部分支座斜桿、下弦桿件出現(xiàn)變形，故該收費(fèi)站大棚按照側(cè)向位移評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可直接評(píng)為Cu級(jí)。

因此，依據(jù)GB 50292—1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)第8.1.2條，該收費(fèi)站收費(fèi)棚的靜力安全性等級(jí)應(yīng)評(píng)為Dsu級(jí)。即目前該收費(fèi)站收費(fèi)棚既有結(jié)構(gòu)的安全性能已不滿足國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范要求，為了確保結(jié)構(gòu)正常使用安全，建議盡快采取可靠措施對(duì)現(xiàn)有缺陷進(jìn)行修復(fù)。

5 處理建議

5.1 柱基處理

對(duì)該收費(fèi)棚鋼管混凝土柱的地基應(yīng)立即采取措施，建議采用注漿法對(duì)柱基區(qū)域進(jìn)行加固處理，待確認(rèn)柱基處于穩(wěn)定狀態(tài)后方可對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)處理。

5.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)修復(fù)

桿件及支座的處理：

1)下弦桿件。對(duì)需要處理的下弦桿件采用外粘套管的方法進(jìn)行處理，外粘套管的內(nèi)徑比原下弦桿件的外徑大10 mm～15 mm。2)屈曲支座斜桿拆換處理。本次桿件拆換處理分三個(gè)步驟進(jìn)行。

b.在上述連接端板下方采用腳手架管搭設(shè)臨時(shí)支頂格構(gòu)柱(搭設(shè)細(xì)節(jié)見圖6)。

c.在腳手架頂部鋼板上放置千斤頂對(duì)上述下弦球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)頂升，所有下弦球節(jié)點(diǎn)下方千斤頂加載頂升過程應(yīng)盡量保持同步(按各自加載百分比保持同步)，直至達(dá)到各個(gè)球節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的豎向反力。

a.采用角磨機(jī)將該處網(wǎng)架支座鋼底板與格構(gòu)柱鋼平臺(tái)進(jìn)行切割分離，達(dá)到支座卸載效果。

b.切割完畢，待原支座在自由狀態(tài)下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后(即達(dá)到消除因格構(gòu)柱沉降變形引起的網(wǎng)架彈性變形的附加內(nèi)力效果)，設(shè)置臨時(shí)支撐。臨時(shí)支撐見圖7，垂直于原支座處豎板焊接一20 mm厚鋼板，并在鋼板側(cè)翼各焊接3個(gè)立耳，在兩個(gè)支座立耳下方分別安置1個(gè)液壓千斤頂。

c.千斤頂安裝完畢后，兩個(gè)千斤頂同時(shí)均勻的對(duì)網(wǎng)架頂升，兩個(gè)千斤頂加載頂升過程應(yīng)盡量保持同步(按各自加載百分比保持同步)，直至達(dá)到各個(gè)支座對(duì)應(yīng)的豎向反力。

d.上述支座處理完畢后，對(duì)上述支座進(jìn)行卸載，兩個(gè)千斤頂卸載過程應(yīng)盡量同步(按各自加載百分比同步)，卸載過程中應(yīng)保證主體結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移的變換緩慢平穩(wěn)。

第三步：對(duì)②軸2個(gè)支座進(jìn)行處理。

a.在與②軸2個(gè)支座連接的下弦球節(jié)點(diǎn)下方均連接一根豎向鋼管，采用螺栓套筒的方式連接，鋼管另一端焊接一塊直徑150 mm的圓形端板(見圖5)。

b.在上述連接端板下方采用腳手架管搭設(shè)臨時(shí)支頂格構(gòu)柱，對(duì)所有與支座斜桿相連的下弦球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行支頂(搭設(shè)細(xì)節(jié)如圖6所示)。

c.在腳手架頂部鋼板上放置千斤頂對(duì)上述下弦球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)頂升，所有下弦球節(jié)點(diǎn)下方千斤頂加載頂升過程應(yīng)盡量保持同步(按各自加載百分比保持同步)，直至達(dá)到各個(gè)球節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的豎向反力。

d.所有桿件及支座均處理完畢后，對(duì)上述支座支撐下弦球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行卸載，所有下弦球節(jié)點(diǎn)下方千斤頂卸載過程應(yīng)盡量同步(按各自加載百分比同步)，卸載過程中應(yīng)保證主體結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移的變換是緩慢平穩(wěn)。

[1] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 7—2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50023—2009，建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On verification analysis of existing structures of some toll station

Zhang Hua

(ShanxiIronandSteelConstruction(Group)Co.,Ltd,Taiyuan030003,China)

Taking some toll station as the example, the paper adopts the structural calculation and analysis software, MIDAS Gen to undertake the stress analysis of the grid structure of the station, points out the treatment suggestion after the analysis, and provides some reference for the grid structural stress and verification analysis of similar geographic locations and the structure affected by the geographic environment.

toll station, grid, reliability, verification analysis

2015-06-27

張 華(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0061-03

TU317

A