某料倉(cāng)倒塌原因分析

吳文祥 黃智斌 魏倩

（蘇州華碧微科檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇蘇州 215024）

料倉(cāng)是平面為圓形、方形、矩形、多邊形或其他幾何形狀的貯存散料的容器。料倉(cāng)可用于儲(chǔ)存粒狀、粉狀、液體物料，在工農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，具有倉(cāng)儲(chǔ)量大、施工時(shí)間短、先進(jìn)出料系統(tǒng)、用途廣泛、結(jié)構(gòu)獨(dú)特、投資少、安全可靠和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但其在設(shè)計(jì)、施工和使用等一系列現(xiàn)存的問(wèn)題，導(dǎo)致其發(fā)生倒塌的概率大大增加。料倉(cāng)倒塌失效是指料倉(cāng)由于某種內(nèi)在或外來(lái)的原因遭到破壞，不僅完全喪失了結(jié)構(gòu)的承載力功能和本身的使用功能，而且完全失去了自立功能，局部或整體倒塌在地上，完全喪失恢復(fù)功能的可能性。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)料倉(cāng)倒塌原因進(jìn)行了大量研究。程文超等人[1]通過(guò)對(duì)料倉(cāng)錐體底部的鋼板、支腿與筒體連接處的焊縫分別進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)料倉(cāng)錐體底部焊縫質(zhì)量存在不同程度的缺陷，導(dǎo)致料倉(cāng)錐體底部鋼板開(kāi)裂、支腿發(fā)生彎曲，引起料倉(cāng)倒塌。朱兆華等人[2]發(fā)現(xiàn)鋼架整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不能滿(mǎn)足規(guī)范要求導(dǎo)致石灰石料倉(cāng)倒塌。周新祥等人[3]對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支架上端與筒體焊接及連接處的應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明，焊接面尺寸不足造成焊接強(qiáng)度不夠，使上端與筒體先脫離，鋼結(jié)構(gòu)支架失效，儲(chǔ)料倉(cāng)倒塌破壞。料倉(cāng)結(jié)構(gòu)鋼材的選用應(yīng)遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，需要考慮荷載特征、連接方法、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、工作環(huán)境、鋼材厚度及價(jià)格等因素。料倉(cāng)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和磷、硫含量的合格保證，本文通過(guò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、焊接質(zhì)量、化學(xué)成分和力學(xué)性能分析了料倉(cāng)倒塌的原因，為同類(lèi)料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)提供了可靠的參考依據(jù)。

1.料倉(cāng)結(jié)構(gòu)

料倉(cāng)的組成結(jié)構(gòu)主要由倉(cāng)上建筑物、倉(cāng)頂、倉(cāng)壁、倉(cāng)底、倉(cāng)下支撐結(jié)構(gòu)（筒壁或柱）及基礎(chǔ)六個(gè)主要部分構(gòu)成。倉(cāng)上建筑物是根據(jù)料倉(cāng)的實(shí)際功能所設(shè)置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)工藝要求進(jìn)行建造，倉(cāng)頂是封閉倉(cāng)體頂面的結(jié)構(gòu)，倉(cāng)壁是與貯料直接接觸且承受貯料側(cè)壓力的倉(cāng)體豎壁，倉(cāng)底是料倉(cāng)倉(cāng)壁下面的封閉結(jié)構(gòu)，倉(cāng)下支撐結(jié)構(gòu)是料倉(cāng)基礎(chǔ)以上倉(cāng)體以下的支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯是用于倉(cāng)底、漏斗及部分倉(cāng)壁的保護(hù)結(jié)構(gòu)，一般采用抗磨耗且有利于貯料流動(dòng)的襯砌。該料倉(cāng)為單排矩形筒倉(cāng)，共由六個(gè)筒倉(cāng)組成，其中4個(gè)承載量為38.5t，另外2個(gè)承載量為22t，料倉(cāng)整體高度為11000mm，倉(cāng)體高度為4500mm，其中1#～4#料倉(cāng)正面寬度為3500mm，5#～6#料倉(cāng)正面寬度為2000mm，20H鋼牌號(hào)為Q235B，料倉(cāng)是送料系統(tǒng)的一部分，料倉(cāng)進(jìn)料方式為壓送式氣力輸送，飼料依靠氣力從頂部進(jìn)倉(cāng)口進(jìn)入倉(cāng)體，料斗下部有電動(dòng)閘和手動(dòng)閘，倉(cāng)底有運(yùn)料車(chē)手動(dòng)向較遠(yuǎn)養(yǎng)殖處運(yùn)輸飼料。料倉(cāng)示意圖如圖1所示。

圖1 料倉(cāng)示意圖

2.事故簡(jiǎn)介

料倉(cāng)于2019年10月份開(kāi)始使用，平時(shí)使用料倉(cāng)裝載量約為40%，過(guò)年期間裝載量約70%，2020年1月份料倉(cāng)突然倒塌，倒塌當(dāng)晚進(jìn)料倉(cāng)為第四個(gè)料倉(cāng)，倒塌時(shí)第一個(gè)料倉(cāng)沒(méi)有飼料，其余裝載70%～80%，隨后在料倉(cāng)筒壁上切割開(kāi)口，將飼料轉(zhuǎn)移，料倉(cāng)倒塌圖如圖2所示。

圖2 料倉(cāng)倒塌圖片

3.倒塌原因分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析

料倉(cāng)立柱和倉(cāng)體底框?yàn)?0H鋼，倉(cāng)體側(cè)邊框?yàn)?6號(hào)槽鋼，倉(cāng)壁的加強(qiáng)筋及頂部框?yàn)?0號(hào)槽鋼，未見(jiàn)立柱間有支撐，立柱柱腳焊接有底板，基礎(chǔ)中預(yù)埋的鋼筋通過(guò)底板上預(yù)留孔位彎折后進(jìn)行連接。料倉(cāng)整體倒塌偏離基礎(chǔ)，立柱彎折嚴(yán)重，有柱腳焊接底板直接與鋼筋脫離，脫離的底板有彎曲變形和孔破裂的現(xiàn)象，部分底板與立柱分離，柱腳與底板直接與鋼筋脫落，如圖3～圖5所示。柱腳底板焊接存在未焊透現(xiàn)象、焊道外觀形狀不良，存在凹痕、氣孔等，柱腳焊接缺陷如圖6和圖7所示。

圖3 柱腳與底板直接與鋼筋脫落圖

圖4 柱腳與底板分離圖

圖5 柱腳與基礎(chǔ)連接處圖片

圖6 柱腳焊接缺陷（一）

圖7 柱腳焊接缺陷（二）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果可知，立柱與基礎(chǔ)連接無(wú)預(yù)埋的地腳螺栓進(jìn)行固定，采用鋼筋彎折無(wú)法滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。柱腳與底板焊接存在缺陷，部分立柱與底板分離，連接部位的焊口存在未熔透焊實(shí)的現(xiàn)象，柱腳焊縫為一級(jí)焊縫，其焊縫質(zhì)量不符合GB 50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中“5.2.6一級(jí)、二級(jí)焊縫不得有表面氣孔、未焊滿(mǎn)等缺陷”的要求，亦不符合GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中“11.3焊接連接構(gòu)造要求重要連接或有強(qiáng)度要求的對(duì)接焊縫應(yīng)為熔透焊縫”的要求[4]。料倉(cāng)安裝時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員的焊接技術(shù)不成熟，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不合格，焊縫缺陷將削弱焊縫的受力面積，而且在缺陷處形成應(yīng)力集中，裂縫往往先從那里開(kāi)始，并擴(kuò)展開(kāi)裂，成為連接破壞的根源，對(duì)料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)非常不利。支撐鋼柱未見(jiàn)有效支撐體系。對(duì)料倉(cāng)立柱H型鋼進(jìn)行取樣檢測(cè)。樣品照片如圖8所示。

圖8 H型鋼樣品圖

3.2 化學(xué)成分分析

依據(jù)GB/T 4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測(cè)定 火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》對(duì)H型鋼進(jìn)行化學(xué)成分分析，并依據(jù)GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》[5]進(jìn)行判定，結(jié)果如表1所示。根據(jù)化學(xué)成分分析結(jié)果可知，H型鋼化學(xué)成分符合Q235B的要求。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

3.3 力學(xué)性能測(cè)試

依據(jù)GB/T 228.1-2010《 金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》對(duì)檢材1進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并依據(jù)GB/T 11263-2017《 熱軋H型鋼和剖分T型鋼》及GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》進(jìn)行判定，結(jié)果如表2所示。根據(jù)力學(xué)性能分析結(jié)果可知，H型鋼力學(xué)性能符合GB/T 11263-2017《 熱軋H型鋼和剖分T型鋼》及GB/T 700-2006《 碳素結(jié)構(gòu)鋼》中Q235B的要求。

表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

4.分析與討論

依據(jù)GB 50884-2013 《鋼筒倉(cāng)技術(shù)規(guī)范》4.1.1強(qiáng)制性要求可知，鋼筒倉(cāng)的設(shè)計(jì)應(yīng)計(jì)算其永久載荷、可變載荷、溫度作用及地震作用，其中可變載荷包含管道輸送產(chǎn)生的正、負(fù)壓力，以及依據(jù)GB 50884-2013《鋼筒倉(cāng)技術(shù)規(guī)范》6.1.2強(qiáng)制性要求可知，矩形鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需包括鋼筒倉(cāng)與基礎(chǔ)的錨固計(jì)算。涉案料倉(cāng)立柱高度6500mm，整體高度11000mm，屬于典型的上大下小、上重下輕的結(jié)構(gòu)，立柱與基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)為重要節(jié)點(diǎn)，其下部支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，決定其使用壽命及安全性。涉案料倉(cāng)未見(jiàn)有效支撐體系及可靠的基礎(chǔ)錨固，無(wú)法滿(mǎn)足荷載下的穩(wěn)定性要求。

5.結(jié)語(yǔ)

料倉(cāng)立柱之間無(wú)支撐，立柱與基礎(chǔ)無(wú)錨栓固定，整體結(jié)構(gòu)無(wú)穩(wěn)定可靠的連接，無(wú)法滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求，料倉(cāng)在服役過(guò)程中荷載的作用下立柱失穩(wěn)而倒塌。