雙層螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全評(píng)估

摘 要:定期開(kāi)展鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的常規(guī)檢測(cè)和安全評(píng)估是確保結(jié)構(gòu)安全的重要保障。結(jié)合某雙層螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例，依據(jù)檢測(cè)的相關(guān)結(jié)果，開(kāi)展了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估分析。

關(guān)鍵詞:螺栓球網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安全

中圖分類號(hào):TB3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)06(a)-0138-01

引言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是桿件以一定連接方式組合而成的高次超靜定網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因其重量輕、施工方便、抗震性能好及造型美觀等優(yōu)點(diǎn)得到日溢廣泛的應(yīng)用。由于施工質(zhì)量、使用過(guò)程中人為或非人為的因素影響等，導(dǎo)致網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷甚至倒塌的事故也時(shí)有發(fā)生，為確保網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，開(kāi)展網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的定期檢測(cè)和安全評(píng)估非常必要。

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的概況

某電廠干煤棚雙層螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)殼，此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為正放四角錐的雙層網(wǎng)架，曲面近似橢圓，網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)架寬度為90m，內(nèi)跨為90m，外跨為95.484m，厚度2.742m，網(wǎng)架矢高37.079m，見(jiàn)圖1示意為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體剖面;支承形式為下弦連接在柱頂預(yù)埋件上的下弦對(duì)邊支承。球節(jié)點(diǎn)、套筒采用Q345鋼，高強(qiáng)螺栓采用40Cr鋼，桿件、支座、支托均采用Q235鋼。建筑物外景見(jiàn)照片1.1。該網(wǎng)殼于2006年建成并投入使用，由于鋼網(wǎng)架長(zhǎng)期日曬雨淋、堆煤擠壓及運(yùn)煤車(chē)撞擊等原因，導(dǎo)致局部桿件發(fā)生銹蝕，并伴有明顯彎曲失穩(wěn)變形，個(gè)別球節(jié)點(diǎn)連接桿件發(fā)生斷裂。對(duì)該網(wǎng)殼進(jìn)行檢測(cè)，判斷該網(wǎng)殼的使用安全情況，為后續(xù)加固處理提供技術(shù)依據(jù)，檢測(cè)的相關(guān)內(nèi)容包括:(1)材質(zhì)檢測(cè);(2)節(jié)點(diǎn)銹蝕程度檢測(cè);(3)桿件尺寸復(fù)核、彎曲桿件統(tǒng)計(jì);(4)支座位移測(cè)量;(5)支座構(gòu)造的檢查;(6)網(wǎng)架變形測(cè)量。

2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及安全評(píng)定

2.1 計(jì)算依據(jù)

驗(yàn)算以電廠干煤棚網(wǎng)架的設(shè)計(jì)資料為參考依據(jù)。材料與設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下:鋼管選用GB700中的Q235B鋼;上弦層荷載:靜載0.30KN/m2(屋面板+檁條等)，活載(活載1)0.50KN/m2，雪荷載(活載2)0.30KN/m2，基本風(fēng)壓0.35KN/m2;下弦層荷載:離柱頂12m下弦節(jié)點(diǎn)處加1.5KN/m荷載;考慮了+22.70和-19.30溫差;計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)形成網(wǎng)架自重;桿件設(shè)計(jì)強(qiáng)度考慮0.9的折減系數(shù)f=193.5N/mm2，壓桿容許長(zhǎng)細(xì)比180，拉桿容許長(zhǎng)細(xì)比180，支座處壓桿容許長(zhǎng)細(xì)比150;地震設(shè)防烈度為6度。本網(wǎng)架工程采用浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究室研制開(kāi)發(fā)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(MSTCAD2003)進(jìn)行滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)。計(jì)算分析主要考慮以下工況組合:(1)1.2靜;(2)1.2靜+1.4活1;(3)1.2靜+1.4活2;(4)1.2靜+1.4風(fēng)1;(5)1.2靜+1.4活1+0.8風(fēng)1;(6)1.2靜+1.4活2+0.8風(fēng)1;(7)1.2靜+1.4溫(+23);(8)1.2靜+1.4活1+1.4溫(+23);(9)1.2靜+1.4活2+1.4溫(+23);(10)1.2靜+1.4溫(-19);(11)1.2靜+1.4活1+1.4溫(-19);(12)1.2靜+1.4活2+1.4溫(-19);(13)包絡(luò)值。

2.2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算分別考慮完好和損傷狀況下的結(jié)構(gòu)為對(duì)象進(jìn)行分析。其中，完好狀況的結(jié)構(gòu)模型以原設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，當(dāng)前損傷狀況下的結(jié)構(gòu)模型以檢測(cè)結(jié)果和原設(shè)計(jì)為依據(jù)來(lái)建立。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體有限元建模(如圖1示意)，有限元分析模型中，鋼管單元取僅考慮軸力效應(yīng)的桿件單元。

考慮目前結(jié)構(gòu)桿件、節(jié)點(diǎn)的損傷，作如下假定:(1)桿件彎曲程度過(guò)大，視為發(fā)生屈服破壞，桿件失效;(2)桿件與球節(jié)點(diǎn)脫落或斷開(kāi)，視為桿件失效。由檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，結(jié)構(gòu)損傷主要表現(xiàn)為網(wǎng)架左右兩側(cè)支座及以上二層網(wǎng)格范圍的桿件發(fā)生節(jié)點(diǎn)脫落、斷開(kāi)及屈服破壞等損傷，二層網(wǎng)格以上范圍內(nèi)的桿件基本保持完好狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)或桿件損傷。

以上述假定為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)桿件、節(jié)點(diǎn)連接、桿件彎曲銹蝕的檢測(cè)結(jié)果，建立損傷后的有限元分析模型。根據(jù)支座類型，考慮為三方向的剛性支座約束，并考慮檢測(cè)支座位移的影響。

通過(guò)MST2003軟件滿應(yīng)力設(shè)計(jì)分析，由計(jì)算結(jié)果可知，主要荷載控制工況為荷載組合工況中的(2)、(8)、(11)三種。計(jì)算結(jié)果顯示，按照目前損傷狀況下的計(jì)算模型，有27根桿件(包括7根上弦桿、4根下弦桿及16根腹桿)不滿足承載力要求，超過(guò)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，最大腹桿應(yīng)力比在1.3左右;所有桿件長(zhǎng)細(xì)比均滿足要求;且超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的桿件主要分布在破壞桿件的周邊區(qū)域，特別是腹桿的斷裂對(duì)周邊桿件應(yīng)力的影響較大。通過(guò)與原設(shè)計(jì)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，支座反力有一定的變化。分析原因，支座反力變化主要來(lái)自于桿件破壞后結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布所導(dǎo)致的。由此可見(jiàn)，按照目前損傷后的分析模型，本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)局部27根桿件應(yīng)力水平偏高，超過(guò)設(shè)計(jì)承載力要求，需要采取相應(yīng)的加固措施。

2.3 安全評(píng)定

按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)定及加固技術(shù)規(guī)程》第3.1.6條，本網(wǎng)架屬于“部分適合工作”的結(jié)構(gòu)。本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在的一些缺陷，比如節(jié)點(diǎn)脫落、桿件斷裂及屈服等，可以通過(guò)消除缺陷、桿件置換或進(jìn)行加固來(lái)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的工作性能。

關(guān)于結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定具體如下:本廠房網(wǎng)架現(xiàn)有桿件和節(jié)點(diǎn)大體完好，連接基本可靠，保持了基本完整的承重體系;但網(wǎng)架左右兩側(cè)支座及以上二層網(wǎng)格范圍的桿件發(fā)生節(jié)點(diǎn)脫落、斷開(kāi)及屈服破壞等損傷現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)荷載條件下，除27根桿件承載力不足外，其余現(xiàn)有桿件承載力基本符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，可以滿足正常使用要求，故本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可評(píng)定為C級(jí)。

3 相關(guān)建議

通過(guò)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和驗(yàn)算分析，為后續(xù)的加固工作作出科學(xué)的評(píng)估，在保證安全的前提下，充分結(jié)合現(xiàn)有的建筑狀況，全面考慮今后的使用需要，以較少的工作量和較短的工期取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。總之，通過(guò)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和驗(yàn)算分析，為后續(xù)的加固工作作出科學(xué)的評(píng)估，在保證安全的前提下，充分結(jié)合現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)狀況，全面考慮今后的使用需要，以較少的加固工作量和較短的工期取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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