某電廠儲煤棚斷柱的加固方案與設(shè)計

崔宏海 劉曉彬 尹繼潔

1 加固工程簡介

青島市某電廠儲煤棚為兩跨鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，跨度18 m，柱距7.65 m，屋蓋為鋼屋架支撐的壓型鋼板輕鋼屋蓋。儲煤棚為開敞式結(jié)構(gòu)，檐口高度10 m，排架柱采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基頂埋深1.2 m。所在地區(qū)的設(shè)防烈度為6度，排架柱主要承受豎向的屋面荷載，水平荷載較小。儲煤棚的兩根排架柱由于受到運(yùn)煤車的碰撞，導(dǎo)致柱的下半部分出現(xiàn)多處局部斷裂，裂縫寬度達(dá)到1cm～2cm，局部的柱身偏移達(dá)到20cm～30cm。柱子破壞后由于鋼屋架發(fā)生內(nèi)力重分布，使得結(jié)構(gòu)臨時沒有倒塌，但是儲煤棚的整體可靠性已經(jīng)極大降低，形成安全上的巨大隱患。如果斷柱的損壞程度進(jìn)一步加劇，或者在某些臨時的外部作用(如陣風(fēng))的影響下，儲煤棚可能會發(fā)生連鎖破壞，最終整體倒塌，因此迫切需要進(jìn)行加固處理。

2 加固方案分析

該工程加固施工的危險性很大，施工過程中可能會出現(xiàn)新的不安全因素，破壞結(jié)構(gòu)原有的穩(wěn)定，極易造成屋架整體的倒塌。考慮到當(dāng)前結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本穩(wěn)定，如果在加固過程中將柱拆除，必然會重新改變屋架的內(nèi)力分布，造成鋼屋架局部屈曲，甚至引起屋架的整體坍塌。因此不宜貿(mào)然改變屋架的受力狀態(tài)，應(yīng)該采取更安全、可行、簡便的加固方法。

由于原混凝土柱的材料強(qiáng)度和質(zhì)量沒有問題，因此僅僅加固斷裂部位即可。斷裂部位考慮利用外包角鋼骨架進(jìn)行加固，外包角鋼骨架通過鋼綴板和鋼夾板與原混凝土柱連接起來，即將斷柱重新連接為整體，實(shí)現(xiàn)加固。加固要點(diǎn)如下:

1)不需拆除、替換原柱，更安全;

2)斷柱可以適度糾正，但不需要嚴(yán)格糾正;

3)角鋼骨架與原柱牢固連接，很好地約束斷柱，并能完全承受原柱應(yīng)該承受的荷載;

4)角鋼骨架的根部錨固在后澆的基礎(chǔ)里面，后澆基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)通過植筋來可靠連接;

5)角鋼與原柱的空隙處、斷柱的裂縫處進(jìn)行灌漿處理;

6)角鋼進(jìn)行防腐處理。

3 加固設(shè)計

角鋼加固的施工詳圖如圖1～圖3所示。鋼綴板用來將角鋼連接固定成受力骨架;鋼夾板通過穿透混凝土柱的螺栓與柱連成整體，并與角鋼骨架焊接，保證角鋼骨架與混凝土柱的整體性。角鋼加固過程中利用剛性很大的工具螺栓箍來臨時固定和夾緊角鋼，并且在螺栓箍的夾緊過程中，可以起到適當(dāng)糾正斷柱的作用。

圖1 角鋼加固斷面圖

圖2 角鋼加固立面圖

圖3 角鋼加固三維示意圖

4 加固后驗算

4.1 設(shè)計荷載

該工程屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值 0.15 kN/m2;屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值0.5 kN/m2;基本風(fēng)壓 0.6 kN/m2，粗糙度類別 B 類;基本雪壓0.2 kN/m2;抗震設(shè)防烈度6度，地震分組第二組，不考慮地震作用。

柱高H=11.2 m，柱的計算高度在平面內(nèi)外均取H0=1.25H=14 m。計算得到柱的豎向壓力設(shè)計值最大為N=121.2 kN，風(fēng)荷載作用下柱承受的最大彎矩為M=13.4 kN·m。

4.2 承載能力驗算

選用L100×10的Q235角鋼，四根角鋼通過綴板連接形成格構(gòu)柱，并認(rèn)為該格構(gòu)柱承受全部荷載作用。

1)軸壓承載能力驗算。

角鋼形成的格構(gòu)柱:Ix=413252 922mm4，Iy=254080 018mm4;λx=60.5，λy=77.1;λ1=17.8，λ0x==63，λ0y==79.1。由換算長細(xì)比查得 φx=0.79，φy=0.69。因此軸心受壓情況下的極限承載能力為:

滿足要求。

2)壓彎承載能力驗算。

壓彎情況下強(qiáng)度驗算:

滿足要求。

彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定驗算:

此外平面外分肢的穩(wěn)定性也能夠滿足要求。

5 加固步驟

根據(jù)工程的實(shí)際情況和加固設(shè)計要求，合理地確定加固施工過程。主要的施工過程如下:

1)加工角鋼及綴板、夾板、螺栓箍等配件;

2)利用斜桿適當(dāng)支撐斷柱;

3)開挖斷柱處地基，露出原有基礎(chǔ);

4)打磨柱邊，安置外包角鋼，利用螺栓箍臨時固定;

5)通過擰緊螺栓箍或采用其他措施適當(dāng)糾正斷柱，并調(diào)整好角鋼位置;

6)柱上鉆孔，利用螺栓安裝鋼夾板，并與角鋼焊成整體;

7)焊接剩余鋼綴板;

8)原基礎(chǔ)植筋，澆筑新基礎(chǔ);

9)柱局部損壞處灌漿、注膠等修補(bǔ);

10)角鋼進(jìn)行防腐處理，完成加固。

實(shí)際施工中遇到的具體情況具體對待，適當(dāng)調(diào)整施工方案。

［1］ 戴北山.大噸位鋼柱傾斜頂升糾偏技術(shù)［J］.工業(yè)建筑，2009，39(12):115-117.

［2］ GB 50068-2001，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］ GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［4］ GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］ GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.