大型鋼結(jié)構(gòu)整體移動過程中承載力安全檢測與評估(房檢站)

1、大型鋼結(jié)構(gòu)整體移動過程中承載安全性檢測與評估上海寶冶工程技術(shù)有限公司房屋質(zhì)量檢測站客服4001028807 一、研究背景 大型鋼結(jié)構(gòu)在整體吊裝或拆除過程中，由于邊界條件及荷載的改變，構(gòu)件可能失去穩(wěn)定而倒塌，局部構(gòu)件和節(jié)點可能因強(qiáng)度不足而破壞，極端情況下甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)傾覆,因此必須保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全性。但大型鋼結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、施工方法多樣以及施工過程各種因素的相互影響，使得大型鋼結(jié)構(gòu)在整體移動過程中的承載安全性評定變得十分困難。 目前，對于大型鋼結(jié)構(gòu)移動過程的研究多集中在施工方法及其相關(guān)分析等方面的研究，通過選擇合理的施工方法，保證結(jié)構(gòu)的安全性。對于結(jié)構(gòu)在移動過程中檢測鑒定、承載安全性評定以

2、及加固設(shè)計等工作，國內(nèi)外未見較為系統(tǒng)的研究成果及工程應(yīng)用，很多工作仍是空白。因此迫切需要對大型鋼結(jié)構(gòu)移動過程中的承載安全性檢測與評估進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本課題依托寶鋼分公司一高爐大修過程，將材料系統(tǒng)檢測與結(jié)構(gòu)有限元分析相結(jié)合，對大型鋼結(jié)構(gòu)移動過程中的承載安全性檢測與評估進(jìn)行系統(tǒng)的研究。二、關(guān)鍵技術(shù) 2.1 材料系統(tǒng)檢測 確定大型鋼結(jié)構(gòu)移動過程中的重點檢測部位、檢測技術(shù)和檢測手段，在常規(guī)檢測基礎(chǔ)上增加材料系統(tǒng)檢測，對結(jié)構(gòu)用材料進(jìn)行力學(xué)性能、缺陷和損傷的無損檢測以及金相檢測，保證檢測結(jié)果的真實可靠。 2.2 數(shù)值模擬及有限元分析 對既有大型鋼結(jié)構(gòu)移動過程中的關(guān)鍵性位置進(jìn)行分解，用一系列關(guān)鍵的靜態(tài)工況模

3、擬結(jié)構(gòu)的移動過程；通過確定不同關(guān)鍵位置的邊界條件及受荷情況，建立結(jié)構(gòu)有限元模型，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，確定結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定應(yīng)力比。對結(jié)構(gòu)重要性節(jié)點進(jìn)行實體分析，獲取節(jié)點的應(yīng)力云圖。 三、工程應(yīng)用 寶鋼一高爐(1BF容積4063m3)鋼框架為單跨多層鋼框架結(jié)構(gòu)，分為下部框架、爐體框架和爐頂剛架。下部框架下部軸線尺寸為28.0m28.0m，上部為21m21m；爐體框架軸線尺寸為21m21m；爐頂剛架下部軸線尺寸為21m21m，頂部為21m7m。高爐爐體位于爐體框架之中，頂部框架支承爐頂設(shè)備。高爐框架結(jié)構(gòu)概況參見圖1。 本次大修，舊爐頂從46.3m以上全部更換，新爐頂全部安裝完成后再拆除舊爐體，更

4、換新爐體。 為縮短施工周期，爐頂更換過程采用整體滑移法，考慮在大修拆除過程中需要保證爐頂系統(tǒng)更換過程的安全性，我公司受寶鋼分公司技改處委托對大修過程進(jìn)行安全性驗算。主要對舊爐頂系統(tǒng)整體拆除以及舊爐移出施工過程中的已有爐體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載安全性檢測與評估。圖1 高爐爐體框架示意圖3.1 構(gòu)件及材料檢測 對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行撓度、垂直度、整體水平位移、垂直位移及尺寸復(fù)合等方面的檢測。對結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行檢測，主要包括焊縫的外觀質(zhì)量、焊縫尺寸，連接螺栓是否松動、脫落，螺栓是否斷裂以及螺紋外露圈數(shù)等。在常規(guī)檢測基礎(chǔ) 上增加材料系統(tǒng)檢測，對結(jié)構(gòu)用材料進(jìn)行力學(xué)性能、缺陷和損傷的無損檢測以及金相檢測，保證檢測結(jié)果

5、的真實可靠 ?？蚣芰簱隙葯z測 框架柱尺寸復(fù)合 高強(qiáng)螺栓檢測 梁柱連接焊縫檢測 焊縫無損檢測 整體水平位移檢測 圖2 構(gòu)件及材性檢測 3.2數(shù)值模擬及有限元分析 3.2.1 結(jié)構(gòu)靜力分析 對一高爐大修過程中的關(guān)鍵性位置進(jìn)行分解，并確定不同關(guān)鍵位置的邊界條件及受荷情況，建立結(jié)構(gòu)有限元模型，確定結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度及穩(wěn)定應(yīng)力比。 關(guān)鍵位置： 位置一：舊爐頂系統(tǒng)開始滑動的位置； 位置二：舊爐頂系統(tǒng)重心位于爐體框架邊柱柱頂位置； 位置三：舊爐頂系統(tǒng)位于爐體框架結(jié)構(gòu)外側(cè)，在爐體框架柱中產(chǎn)生較大內(nèi)力的位置。有限元模型：圖3 舊爐頂系統(tǒng)框架模型 圖4 爐體框架及部分滑移梁、塔柱模型 46.3m平臺梁最大應(yīng)力比為0

6、.873對應(yīng)的荷載組合：1.35D+0.98L+0.84W180 (0.2)圖5 46.3m平臺梁最大應(yīng)力比 3.2.2 節(jié)點有限元分析采用有限元分析軟件Ansys對結(jié)構(gòu)中重要節(jié)點進(jìn)行有限元分析，獲取Mises應(yīng)力圖。圖6 節(jié)點有限元模型 圖7 節(jié)點Mises應(yīng)力云圖分布 通過對一高爐大修過程中的承載安全性檢測與評估，發(fā)現(xiàn)高爐框架新增滑移平臺(46.3m)部分梁單元存在應(yīng)力超限情況，并根據(jù)有限元分析結(jié)果對一高爐施工過程中的重點部位重點監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與理論評估結(jié)果吻合較好，為寶鋼一高爐大修的安全順利完工提供了有力的技術(shù)支持。 四、階段性成果1、2008年一種建筑物構(gòu)件在滑移中的受力測評 方法已申報國家發(fā)明專利。 申請?zhí)?200810042951.X2、我公司承擔(dān)寶鋼分公司一高爐上部設(shè)施(49.7m 以上)整體拆除工程結(jié)構(gòu)安全性檢測與評定工作。采用大型鋼結(jié)構(gòu)整體移動過程檢測與承載安全性評定方法，對高爐框架結(jié)構(gòu)在整體拆除及安裝過程中的結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評定，確定了結(jié)構(gòu)在整體拆除與安裝過程中的薄弱部位，并有針對性地進(jìn)行加固。評定結(jié)果與實際吻合，為寶鋼一高爐大修的安全順利完工提供了有力的技術(shù)支持。 3、本課題組進(jìn)行的大型鋼結(jié)構(gòu)整體移動過程承載安全性檢測與評估方法研究項目，經(jīng)總結(jié)、提