悬臂梁斜撑钢结构平台改造加固设计

'武英杰：悬臂梁一斜撑钢结构平台改造加固设计81悬臂梁一斜撑钢结构平台改造加固设计武英杰(大庆石化工程有限公司．黑龙江大庆163714)【摘要】结合龙凤炼油厂清洗车间改造加固这一实际工程，本文给出了三种检测平台的结构方案，通过对比分析最终选取了钢梁一斜撑钢结构方案。给出荷载、材料和平台结构构件的截面尺寸的选取，结合理论和PK．PM分析获得结构的变形和内力，验证了构件截面选取的合理性。给出连接设计和具体的构造措施，最后对原框架柱进行了碳纤维加固设计与验算，可为同类加固改造工程提供参考。【关键词】改造加固；钢梁一斜撑；连接设计；构造措施；碳纤维加固【中图分类号】TU392【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)05—0081—031工程简介大庆龙凤炼油厂杂质清洗仪器车间为2层的预应力混凝土框架结构厂房，该房屋层高为4．8m，框架梁的跨度为24m，框架柱截面为750mm×750mm，框架梁截面为600ram×1200mm，为抵消变形，梁中按直线线形布置了4根预应力筋，采用无粘结施工技术。为便于对机器的清洗，在车间配备了梁式吊车，吊挂着清洗机器移动工作。由于框架柱未采用牛腿式变截面柱，无法提供吊车轨道，故将吊车悬挂于框架梁上，吊车荷载由框架梁完全承担。结构示意如图1(a)(a)原框架结构(b)局部改造所示。为提高对机器的清洗效率和快速检测，单位引图1厂房局部改造进了进口配套清洗装置，如图1(b)中3所示。这样清洗仪器可固定在空中，实现快速检测，因此在吊车平斜撑方案，荷载完全由原来的框架柱承担，而且改行滑道附近需要一个检修平台。本文给出了三种检造后不影响下面空间的使用，在端侧设置了上平台的测平台的结构方案，通过对比分析最终选取了钢梁一爬梯，如图l(b)中4所示。本文给出荷载和平台结构oOO0◆Oo◆OO●OO●oO41~OO●Oo●oo●OO●OO●OO◆00●OO●00●0o●oo●OO●0o●OO●OO000●OO●00●OO●OO00O●OO●OO●00●Oo●OO●OO◆OO●OO●OO●00●OO●OO●OO●OO●0O◆OO●OO●OO●OO●o式中，z为梁截面的塑性模量；日为梁翼缘宽度；Ⅳ通过本文内容，总结了钢框架结构梁柱刚性节点主要为梁截面高度；T为梁翼缘厚度；为梁反弯点至目标类型、原理，比较了其优缺点，并结合规范、自身设计弯矩处的长度；A为削弱部位与柱的净距，取0．5B；Q经验以及工程实例介绍了梁柱刚性节点设计方法在为削弱部位长度，取0．75H。工程中的应用情况，以供同行借鉴和参考。经计算得到梁翼缘的削弱深度2C大约等于0．4B，也就是说梁翼缘被削掉40％左右，对梁的刚度参考文献影响较大，结构的整体刚度也降低了6％左右，虽然还在可接受的范围之内，但权衡利弊，最终选择了方案[1]茹继平，杨娜，杨庆山．翼缘削弱型钢框架梁柱节点的性能研一的节点做法。究综述[j]．工程力学，2004，(1)．[2]张恩敏．翼缘加强型狗骨式节点的性能分析及改进[J]．钢结通过以上工程实例可以看出，虽然刚性节点抗震构，2010，(25)．连接方式已多种多样，但每一种都有独到的优势和特[3]GB50011—2010，建筑抗震设计规范[s]．色，但同时也都有各自的适用范围。在设计过程中，[4]《钢结构设计手册》(第三版)．北京：中国建筑工业出版不仅要考虑连接形式、构造和施工情况，还要结合实社。2004．际工程情况具体分析，选择最安全、合理的节点类型。4结语[收稿日期]2013—01—17钢框架结构在我国应用广泛、发展迅速，其中梁[作者简介]赵华智(1977一)，男，天津人，硕士，从事工业与柱连接节点抗震设计尤其重要，关系到结构的安全。民用建筑结构设计。 82低温建筑技术2013年第5期(总第179期)构件的截面尺寸的选取，通过PKPM分析获得结构的于钢梁一斜撑方案可实现现场连接，施工速度快，整变形和内力，验证了截面的合理性，同时给出了具体体造价低，最终决定采用钢结构方案。的连接和节点构造措施，最后对原框架柱进行了碳纤2．2荷载、材料与截面的选取维加固验算，为同类改造工程可提供参考。依据结构荷载设计规范，检修钢结构平台均布2平台改造设计活荷载取为2．5kN／m，由于平台在房屋内部，其它如2．1三种方案对比风、雪等荷载可忽略不计。平台结构及其支撑采用(1)在梁板上立柱支撑平台，平台荷载传至梁Q235．B级钢，焊条采用E43型，锚件植筋采用改性乙板。尽管荷载传递明确，但由于楼面有配套装置，与烯基酯胶黏剂，等级为A级。碳纤维片材规格型号采立柱的位置有些冲突，所以本方案未能实现。用ZX一200，抗拉强度为2580MPa，弹性模量为3．46×(2)采用钢筋混凝土平台。为使荷载不传递到10blPa。钢材表面通过涂刷涂料做防腐和防火处梁板上，平台下加斜撑与原框架柱相连，该方案钢筋理。与框架柱连接的悬臂钢梁GL1(图2)截面选取为混凝土平台需要浇筑悬臂梁和斜撑，现浇构件与原框Hb1244x175x7×11，GL2截面为HN194×150×6×架柱连接较困难，削弱原框架柱实现连接是不可取的。9，GL3截面为HN100×50×5×7，斜撑截面为HW150(3)采用钢结构平台。钢结构平台的悬臂梁和X150×7×10，具体布置如图2和图3所示。平台悬斜撑可焊接起来，通过埋件将平台与原框架柱连接起臂梁长为1950mm，间距为7500ram，斜撑高为925mm，来，埋件与原框架柱之间通过植筋实现可靠连接。由在与悬臂梁连接处对称设置加劲肋，防止局部屈曲。G325，3On0O霎J吾阉莒l吾莒I吾I．鲁l葶Jt．TT．2’【二T．2r●"I；12r’一’I一J．‘-J．1ⅡL框架柱3750l3750柱3750}3750框粜柱3750【37503l．11175oo7500I7500]①⑥⑧⑥图2平台结构布置图图4力学模型与变形图3平台立面布鬣图抗拉强度设计值。2．3内力分析表1控制截面弯矩由于构件与原框架柱可实现可靠连接，因此与柱之间的连接可认为是固接。我们取出一榀受力构件进行分析，力学模型如图4虚线所示。集中荷载经计算P为18．28kN。由于结构体系为超静定结构，采用结构力学理论计算比较繁琐。本文结合结构力学理论采用在实际工程设计中应用最广泛的PKPM软件2．4连接设计与构造措施建模求解，得到的变形和弯矩分布如图4和图5所示。图6(a)为悬臂框架钢梁GL1与GL2连接方式，最大变形为6mm小于跨度的1／250，变形符合在连接位置首先对称焊好打孔的横向加劲肋(222mm钢结构设计规范的要求。悬臂梁和斜撑的控制截面×84mm×8mm)，梁GL2削去翼缘，采用2根直径d为弯矩如表1所示。经验算截面应力均远小于钢材的13．5mm的螺栓连接。图6(b)为钢梁GI2和GL3的 武英杰：悬臂梁一斜撑钢结构平台改造加固设汁83连接方式，通过横向加劲肋(176mm×72ramX8mm)直接焊接连接，不但起到承担荷载的作用同时有助于平t"4台构件的整体稳定。一-In0●-B01001005016"1-50l5Cl⑤(a)MJ一1图5弯矩分布图悬臂钢梁、斜撑和原框架柱的连接通过锚件来实现，见图7。MJ一1是悬臂梁与柱的连接锚件，截面尺寸为300mm×350mm×16mm，采用直径为l4的9根锚筋，钢筋植入原框架柱的长度为350mm，采用化学0757550l6植筋法。MJ一2为斜撑与柱的连接锚件，截面尺寸为250mmx280mmX16mm，采用直径为14的4根锚筋，(b)MJ一2钢筋植入长度和方法与锚件MJ一1相同。图7锚件示意图7(a)C,LI：~IGL(b)GL2和GI．3图8片材的加固位置图6粱之间的连接3加固柱设计参考文献由于平台的作用，在原框架柱上不可避免的增加了荷载。为确保框架柱安全使用，对框架柱采用粘贴[1]GB50010—2010，混凝土结构设计规范[s]．碳纤维片材的加固方法，采用粘合剂在柱的上、下[2]GB50013—2003，结构荷载设计规范[s】．[3]GB50012—2012，钢结构设计规范[s]．和平台三个部位各1000mm范围内四周粘贴。在锚筋[4]邓宗才．碳纤维布增强混凝土梁抗弯力学性能研究[J]．中国的位置，与锚筋交错粘贴，即一排锚筋一排碳纤维片公路学报，200l，14(2)：45—51．材。一、二层框架柱粘贴方式如图8所示。加固后截[5]朱丙寅．PKPM入学指南[M]．北京：中国建筑工业出版面的承载力明显提高，而且占用的空间可忽略不计。社，2006．不影响原框架功能的正常使用。[6]龙驭球．结构力学[M]．北京：高等教育出版社，2004．4结语[7]CECS146：2003，碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[s]．结合炼油厂清洗车间改造加固这一实际工程，本文给出了三种检测平台的结构方案，通过对比分析最【收稿日期】2013-01—17终选取了钢梁一斜撑方案。给出荷载、材料和平台结[作者简介】武英杰(1964一)，女，黑龙江大庆人，工程师，从构构件的截面尺寸的选取，通过理论和PKPM分析获事土建设计工作。得结构的变形和内力，验证了构件截面选取的合理性。接下来开展了连接设计，给出具体的构造措施。最后对原框架柱进行了碳纤维加固设计与验算，可为同类加固改造工程提供参考。'