钢桁架输煤栈桥可靠性检测分析

郭蓬勃

(平顶山天安煤业股份有限公司八矿选煤厂，河南平顶山 467012)

1 工程概况

钢桁架输煤栈桥的结构形式为单跨简支钢结构桁架栈桥结构，内设连续皮带传输机，栈桥长32 m，倾角20°，由混凝土柱和主厂房悬臂梁支撑，栈桥中间为传送带，两侧布置为混凝土台阶。钢桁架栈桥杆件为双角钢相并，跨度是29.4 m 的单跨钢结构，钢桁架在主厂房一端为滚动支座，另一端为固定支座(图1)。钢桁架设计起拱L/500(L为钢桁架跨度)，断面尺寸为3.2 m×3.0 m，角钢规格为L140×10，L140×90×10，L125×10，L100×8，L63×6，L80×8 等。

图1 钢桁架节点编号

该工程从投入使用到现在已有三十多年历史，由于受矿区环境气候和工作潮湿环境的影响，长期处于不利环境中，腐蚀情况日渐严重，结构安全性降低。为了有效修复和加固受损结构，保证整个煤仓生产系统的安全，对该工程的钢结构输煤栈桥进行了结构安全检测分析，以确保整个煤仓生产结构在使用期内有足够的耐久性。

2 现场检测

2.1 检测内容及方法

现场检测的范围主要包括建筑物目前的使用状况、整体变形等方面的情况;钢结构杆件断面腐蚀情况，危险截面处截面面积，剩余承载力计算;钢结构变形估算。

现场检查、测试的主要内容包括:钢结构输煤栈桥结构组成、设计建设年代和使用历史、使用环境、使用功能;输煤栈桥的结构布置体系，承重结构体系，围护结构、支撑系统及各种连接环节的现状。

整个调查与检测分三步进行，即初步调查、详细调查和测试、补充检测。初步调查主要对现场情况、环境状况、生产特点、输煤栈桥设计与施工历史、输煤栈桥变更、维修和改造作了调研，并熟悉图纸，以便从整体上掌握输煤栈桥的基本情况。初步调查结果见输煤栈桥初步调查表。详细调查和测试包括对钢结构输煤栈桥的承重结构、围护结构和支撑系统的破损状况与变形情况的检查、测试。在详细调查阶段，对典型问题进行了拍照记录，以便直观了解结构构件的缺陷、开裂、损伤及破坏情况。补充检测是在对现场检测结果进行整理和初步分析的基础上，对个别尚不清楚和难以确定的项目再进行专项检查和测试。

2.2 检测结果

该钢结构输煤栈桥由两个平行弦桁架通过上下水平横向支撑组成，上下弦各11个节点，编号见图1。其倾角为17.5°，围护结构为蓝色彩钢板，单跨钢结构，跨度为28.039 m，由两个钢筋混凝土框架柱和主厂房外伸悬臂梁支撑。

根据现场调查结果发现东侧钢桁架下弦节点由于长期受到腐蚀性的煤水侵泡，腐蚀情况较严重，个别杆件几乎断裂。

与东桁架下弦节点相比，东桁架上弦节点锈蚀情况较轻，节点板、焊缝及其相连的腹杆、上弦横向水平支撑无明显锈蚀，后经处理的防锈漆完好;西桁架上、下弦节点及相连的杆件防锈漆已脱落，表面生成较薄的一层浮锈，锈蚀深度不大，未见层状铁锈脱落，杆件状况基本良好。

3 钢桁架输煤栈桥承载力分析

3.1 承载力验算

钢桁架输煤栈桥的验算主要包括两个桁架杆件承载力验算、杆件与节点板焊缝连接验算、杆件长细比验算以及节点板验算等。

该输煤栈桥为中间利用水平支撑及横梁相连的两个钢桁架，其结构计算可简化为一榀桁架受力进行计算，桁架为平行弦桁架，中间加人字形腹杆及竖杆组成，一端固定铰支，另一端滚动铰支，其计算简图见图2。

雪荷载、积灰荷载及屋面活荷载、结构层恒载等取值原则上按《建筑结构荷载规范》［1］，楼面活荷载依据《选煤厂建筑结构设计规范》［2］确定。

图2 钢桁架输煤栈桥计算简图

3.2 验算结果

输煤栈桥的东桁架由于长期受到煤水浸泡，腐蚀比较严重，特别是与下弦节点相连的杆件，包括竖腹杆、斜腹杆及下弦杆，根据国家《钢结构检测评定及加固技术规程》［3］规范，对其进行验算。输煤栈桥由于下弦节点锈蚀特别严重，与此相关的杆件、节点板及焊缝都产生了不同程度的锈蚀。检测数据验算结果表明，共有8 根杆件不满足承载力要求，焊缝除了杆件锈蚀破坏严重的7 根杆件，剩余杆件焊缝均满足承载力要求，对于节点板共有6个不满足要求。输煤栈桥西桁架腐蚀情况较轻，根据现场检测结果杆件承载力、焊缝承载力及节点板均满足承载力要求。

4 钢桁架输煤栈桥变形分析

4.1 杆件变形

此次检测杆件变形主要测量了东桁架的腹杆，包括其平面内变形和平面外变形，杆件平面外变形很小，表1 给出了锈蚀严重的东桁架受压腹杆平面内变形的分析结果。

表1 杆件变形结果

4.2 垂直度

对于输煤栈桥的东西两个桁架都进行了垂直度测量，测点选择在两端及跨中三个测点，栈桥下端上部向东偏斜，中部上部向西偏斜，上端上部偏西，栈桥整体有扭转趋势，具体见表2。

表2 栈桥东、西桁架垂直度测量结果(mm)

4.3 整体挠度

输煤栈桥由于使用时间较长，且东桁架个别杆件出现腐蚀锈蚀断裂现象，需进行整体挠度测量，通过测量跨中挠度15 mm。由于设计时桁架起拱L/500，即58.8 mm，故整个桁架在近三十年的使用过程中，以及近期由于部分杆件锈蚀断裂影响，输煤栈桥跨中挠度共变化73.8 mm。

5 检测结论

根据该输煤钢桁架栈桥的现场检测结果及结构承载力计算分析，提出以下检测结论:

(1)东 桁 架 杆 件X3X4、X4X5、X5X6、X7X8、S10X9、S10X10、S2X、S4X4、S6X6、S8X8、S9X9 承载力不足，需要进行加固处理;

(2)东桁架X4、X7、X9节点的节点板锈蚀严重，已不满足承载力及构造要求，需要进行处理;

(3)栈桥下端破损屋面板进行替换修复，保证维护结构的完整性;

(4)栈桥地面水及腐蚀性介质较多，应及时清扫，防止堆积到钢桁架节点处;

(5)对栈桥所有杆件、节点板及固体墙体进行防腐处理，保证结构的耐久性。

［1］GB 50010—2002 建筑结构荷载规范［S］

［2］GB 50583 –2010 选煤厂建筑结构设计规范［S］

［3］YB/T 9257 –96 钢结构检测评定及加固技术规程［S］