選煤廠主廠房的加固設(shè)計

近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，能源問題已成為一個緊迫的主要問題。許多煤礦擴大生產(chǎn)規(guī)模,選煤廠的擴建愈來愈多,主廠房的土建改造在設(shè)計中經(jīng)常遇到。如何計算擴建的主廠房,如何加固各構(gòu)件,用什么辦法最安全、最經(jīng)濟、最方便施工,也成為設(shè)計人員常常議論的問題。筆者近幾年參與加固改造了多個選煤廠的主廠房,現(xiàn)就有關(guān)體會做一總結(jié),旨在與同行共同探討。某選煤廠于1990年設(shè)計,年洗煤能力600萬t,現(xiàn)改造為1200萬t,主廠房為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),獨立基礎(chǔ),地基持力層為卵石層,抗震設(shè)防烈度為6度,主廠房跳汰機、弧形篩、壓濾機等大型設(shè)備荷載經(jīng)改造后均加大。經(jīng)計算,廠房整體的剛度滿足要求,部分構(gòu)件不能滿足要求,有的是抗剪不夠,有的是抗彎不夠,需進行加固。1加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件1)加固后的廠房應(yīng)滿足工藝使用要求,并應(yīng)滿足耐久性要求,保證新舊構(gòu)件的可靠連接。2)加固時,應(yīng)盡量減少地基基礎(chǔ)加固工程量,盡可能保留和利用原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,增加結(jié)構(gòu)整體抗震性能,改善構(gòu)件的受力狀況。3)加固后,保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布均勻,避免局部加強導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度或強度突變,減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。4)加固方法應(yīng)便于施工,避免或減少損傷原結(jié)構(gòu),并應(yīng)減少對生產(chǎn)、生活的影響。2計算的加固2.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積1)結(jié)構(gòu)的計算簡圖根據(jù)擴建后的結(jié)構(gòu)模型、荷載、實際受力狀況和地震作用采用。2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算截面面積,應(yīng)采用有效的截面面積。不同材料的組合截面根據(jù)剛度折算成同一類型的截面。3)加固計算時,應(yīng)考慮設(shè)備引起的荷載偏心以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形引起的附加內(nèi)力,并考慮新舊部分協(xié)同工作的程度對構(gòu)件的影響。2.2組件計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在整體計算中得到相應(yīng)的內(nèi)力,根據(jù)構(gòu)件不同的加固方法,對構(gòu)件進行承載能力極限狀態(tài)計算。3計算和加固組件3.1加固后的初始剛度該工程柱抗彎和抗剪不夠,采用加大截面和外包鋼加固法進行加固。加大截面加固法是通過增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積,以提高其承載力和滿足正常使用的傳統(tǒng)加固方法。具有加固效果好、經(jīng)濟適用等優(yōu)點。外包鋼加固法是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件四角(或兩角)包以型鋼的一種傳統(tǒng)加固方法。其受力可靠、施工簡便、工期短,但耗鋼量較大。柱加固后的初始剛度,可按下式計算:K=Ko+0.8EaIa式中K——加固后的初始剛度,N·mm2;Ko——原柱截面的彎曲剛度,N·mm2;Ea——角鋼的彈性模量,N/mm2;Ia——外包角鋼對柱截面形心的慣性矩,mm4。加固后的現(xiàn)有正截面受彎承載力:My=Myo+0.7Aafayh式中Aa——柱一側(cè)外包角鋼的截面面積,mm2;fay——角鋼抗拉屈服強度,N/mm2;h——驗算方向柱截面高度,mm。加固后的現(xiàn)有斜截面受剪承載力:Vy=Vyo+0.7fayAah/S式中Aa——同一柱截面內(nèi)扁鋼綴板的截面面積,mm2。該工程采用濕式包角鋼加固法。在型鋼和原柱之間用灌漿料進行粘接,使之整體工作。由于主廠房的柱都比較臟,施工灌漿料前,要用硬毛刷沾高效洗滌劑,刷除表面油垢污物后用水沖洗,再對各面進行打磨,露出新面。采用的節(jié)點見圖1。3.2鋼構(gòu)件的加固設(shè)計該工程部分梁抗彎和抗剪強度不夠,采用濕式外包角鋼和粘貼鋼板加固法。濕式外包角鋼法是角鋼和被加固梁之間用結(jié)構(gòu)膠等方法粘接,使兩者共同受力的一種加固方法。梁濕式外包角鋼法計算同柱外包鋼,施工時:①鑿去結(jié)合面風(fēng)化酥松層、銹裂層及嚴重油污層,直至完全露出堅實基層,對缺陷進行修補;②梁粘貼角鋼部位打磨平整,四角磨出小圓角,并用鋼絲刷刷毛,用壓縮空氣吹凈;③角鋼及扁鋼綴板結(jié)合面應(yīng)除銹,并打磨出金屬光澤,用二甲苯擦凈;④在混凝土表面刷一薄層結(jié)構(gòu)膠,然后固定角鋼,用夾具在兩個方向?qū)⒔卿搳A緊、校準,夾具間距不應(yīng)大于500mm,然后將扁鋼箍與角鋼焊接,必須分段交錯施焊,整個焊接應(yīng)在膠漿初凝前完成;⑤角鋼構(gòu)架外抹25mm厚的1:3水泥砂漿保護層。梁外包角鋼節(jié)點見圖2。粘貼鋼板加固法用結(jié)構(gòu)膠根據(jù)計算及加固設(shè)計要求將鋼板或型鋼等鋼材直接粘貼于原混凝土構(gòu)件表面,使之與原結(jié)構(gòu)共同工作,從而達到提高原結(jié)構(gòu)承載力的目的。粘貼鋼板加固法具有加固后結(jié)構(gòu)自重增加小、不改變結(jié)構(gòu)外形、承載力提高加大、施工周期短等優(yōu)點,但粘鋼板加固法適用于靜荷載作用下環(huán)境。粘貼鋼板法加固受彎構(gòu)件,其截面承載力可按照現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》計算。鋼板的截面積可由“截面容許承載力[M]大于或等于實際所承受的荷載設(shè)計值M”這一原則確定,其受壓區(qū)高度按下式確定,受拉區(qū)加固取“+”,受壓區(qū)加固取“-”,一般加固受拉區(qū)。節(jié)點如圖3。fyoAso±0.7fayAa=fcoboX式中fyo——原構(gòu)件縱向鋼筋抗拉強度設(shè)計值,N/mm2;Aso——原構(gòu)件縱向鋼筋截面面積,mm2;fay——加固鋼板抗拉強度設(shè)計值,N/mm2;Aa——加固鋼板截面面積,mm2;fco——原構(gòu)件混凝土受彎抗拉強度設(shè)計值,N/mm2;X——混凝土受拉區(qū)高度,mm;bo——原構(gòu)件的寬度,mm。同理,可求其斜截面承載力,計算梁側(cè)需貼鋼板面積,斜截面受剪承載力按下式計算:同時必須滿足Lu/S≥1.5式中V———斜截面剪力設(shè)計值,N;Vo———原構(gòu)件斜截面受剪承載力設(shè)計值,N;Aal———單肢箍板截面面積,mm2;S———箍板軸線間距,mm。但需注意鋼板不宜太厚,我國鋼板一層厚度常用3mm。粘鋼板加固法屬于技術(shù)性較強的工作,施工前要對工人進行培訓(xùn),施工時要做好組織工作。3.3板加固加固方法有單面增厚加固板、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑和粘鋼板、貼碳纖維加固法。該工程采用增設(shè)支點加固板,即改變板的傳力途徑。板跨中彎矩及新加梁的計算方法同新做板;原板跨中上部是受壓區(qū),一般沒有配置受力鋼筋,但有分布鋼筋,由于原板已經(jīng)受荷而變形,致使新加梁后板的計算跨度減小很多,故新加梁支點處板面產(chǎn)生很小的負彎矩,分布筋即可承擔(dān)