張 鵬

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

經(jīng)驗交流

有色金屬冶煉廠鋼結(jié)構(gòu)綜合管網(wǎng)的改造設(shè)計

張 鵬

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

介紹了某有色冶煉廠鋼結(jié)構(gòu)綜合管網(wǎng)的改造設(shè)計，詳細(xì)敘述了項目的檢測鑒定要求，設(shè)計思路，加固方案及施工注意事項。

綜合管網(wǎng)； 加固設(shè)計； 獨(dú)立式支架； 管廊式支架

0 引言

近些年隨著有色行業(yè)的深入發(fā)展，有色金屬冶煉廠的改造項目迅速增多。這些改造項目需要大量增加工藝管道、水管、電纜，而原廠區(qū)的管網(wǎng)不能滿足需求，并且受場地空間的限制難以新建管網(wǎng)。如果拆除原有管網(wǎng)進(jìn)行重建，施工周期較長，會導(dǎo)致工廠暫時停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失較大。而利用原鋼結(jié)構(gòu)管網(wǎng)進(jìn)行加固改造，既能保證生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，又減少了建設(shè)費(fèi)用。

1 工程概況

某冶煉廠區(qū)管網(wǎng)的B線區(qū)段于2009年建成，全長190 m。原管網(wǎng)為兩腿或四腿的獨(dú)立式管架，高度12 m，跨度均為21 m左右，用于支撐一根直徑3 m的硫酸煙氣管道。其為獨(dú)立基礎(chǔ)，埋深-3 m，原地基做了灰土擠密樁復(fù)合地基處理，承載力特征值200 kPa。原管架布置圖見圖1。

圖1 原管架布置圖

由于該冶煉廠擴(kuò)產(chǎn)，需要在此管線上增加兩層管架(一層管道一層電纜)?？紤]到節(jié)省投資和保證生產(chǎn)，采取利用原有鋼柱增層的改造方案，對原有支架和基礎(chǔ)重新核算，進(jìn)行必要的加固。改造方案見圖2。

圖2 改造方案示意圖

2 改造設(shè)計

2.1 現(xiàn)場檢測和鑒定

設(shè)計之前，對原有管架進(jìn)行檢測和可靠性鑒定，為加固處理和設(shè)計提供可靠依據(jù)。檢測的內(nèi)容主要包括：

(1)原管道支架材料強(qiáng)度檢測：采用現(xiàn)場取樣做力學(xué)實驗的方法進(jìn)行材料強(qiáng)度、腐蝕和銹蝕強(qiáng)度的檢驗。

(2)連接節(jié)點(diǎn)檢測：對原有管架的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測，確定桿件連接處節(jié)點(diǎn)板及焊縫、螺栓等是否滿足規(guī)范要求，對鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差進(jìn)行檢測。

(3)地基和基礎(chǔ)檢測：開挖基礎(chǔ)檢測探井，查明基礎(chǔ)尺寸、腐蝕情況以及地基處理情況。

(4)耐久性檢測：對管架鋼結(jié)構(gòu)腐蝕程度進(jìn)行檢測，判斷其耐久性。

現(xiàn)場檢測結(jié)果：原有鋼管架建造年限較短，位于干燥地區(qū)，且維護(hù)到位，鋼材強(qiáng)度基本達(dá)到原設(shè)計要求，無明顯腐蝕、銹蝕情況?；A(chǔ)和地基處理情況與原設(shè)計相符。

圖3 計算單元

2.2 增層加固設(shè)計方案

2.2.1 設(shè)計荷載

基本風(fēng)壓： 0.40 kN/m2(地面粗糙度B類)

抗震設(shè)防烈度：7度；設(shè)計基本地震加速度值：0.15 g

原有管道荷載：10 kN/m；新增管道荷載：3 kN/m

新增電纜荷載：4 kN/m

2.2.2 設(shè)計方案

(1)計算假定。原有管架為獨(dú)立式支架系統(tǒng)，兩腿支架為活動支架，在管道徑向(即平面內(nèi)，橫向)按剛接框架計算，在管道軸向按柱腳嵌固的懸臂柱計算。四腿支架為固定支架，在管道徑向按帶有鉸接斜桿的剛接框架計算，在管道軸向(即平面外，縱向)按鉸接桿件計算。

再加固改造后，增加了桁架，系統(tǒng)變?yōu)楣芾仁街Ъ?，原活動支架在管道徑向按剛接框架計算，在管道軸向變?yōu)榘磧啥算q接構(gòu)件計算。原固定支架在管道徑向按剛接框架計算，在管道軸向按兩端鉸接構(gòu)件計算。新增的桁架按兩端簡支于支架柱的靜定桁架計算，管道荷載、電纜荷載及桁架風(fēng)荷載由兩榀桁架的上下弦桿和上下弦水平支撐組成的水平桁架承擔(dān)。

(2) 管道支架計算單元。 原獨(dú)立式支架的縱向計算單元長度采用管道補(bǔ)償器之間的距離，改造后縱向計算單元采用結(jié)構(gòu)變形縫之間的距離?？紤]到原有管架柱的布置情況，取60 m左右為一個縱向計算單元。計算單元見圖3。

2.2.3 設(shè)計注意事項

(1)根據(jù)原有鋼支架檢測結(jié)論：鋼材強(qiáng)度基本滿足原設(shè)計要求，無明顯腐蝕情況，同時考慮到原支架已經(jīng)使用7年，且加固過程中引起的不利變形和損傷，在設(shè)計時宜考慮正應(yīng)力不超過0.9，留出一定的安全儲備。

(2)本地區(qū)抗震設(shè)防烈度7度 (0.15 g)，在管道滑動的方向可以不進(jìn)行抗震驗算，但應(yīng)滿足相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施要求。

鋼支架柱長細(xì)比限值：固定支架不大于150，活動支架不大于200。

鋼支架板件的寬厚比限值：工字型截面翼緣外伸部分不超過13，圓(方)管外徑與壁厚比不超過60。

2.2.4 加固方案

(1)基礎(chǔ)部分：方案制定時，新增的桁架按兩端簡支于支架柱的靜定桁架計算，基礎(chǔ)增加的主要為豎向受力。由于新加的管道和電纜的荷載較小，經(jīng)過核算，原有的基礎(chǔ)仍滿足受力要求，不需要進(jìn)行加固。

(2)柱子部分：依據(jù)原有圖紙、現(xiàn)場檢測情況和新增加的荷載情況，對管架柱進(jìn)行復(fù)核核算。從基礎(chǔ)到桁架下弦5 m的范圍內(nèi)，鋼柱的構(gòu)件強(qiáng)度已不能滿足要求，需要進(jìn)行加固。加固方案采用加大原

有鋼柱截面的方案。鋼柱加固需要滿足以下要求：

a.加固后能夠滿足結(jié)構(gòu)的承載能力；

b.施工簡單易行；

c.加固方法對原結(jié)構(gòu)不造成過大損傷。

綜合考慮以上幾點(diǎn)，采用圖4加固方案。該方案施工簡單，增加的補(bǔ)強(qiáng)鋼板可以和原有鋼柱可靠地共同工作，能夠減輕焊接過程對翼緣造成的損傷和變形，加固后形成的箱型截面可以約束翼緣變形，避免柱發(fā)生彎扭破壞。

圖4 加固方案

2.2.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計

考慮到制作和施工簡單易行，新增的節(jié)點(diǎn)采用牛腿式，并在伸縮縫處采用長圓孔的處理方法，見圖5。

圖5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計

2.3 施工注意事項

增層加固的施工難度較大，應(yīng)注意如下事項：

(1)桁架施工前應(yīng)預(yù)先現(xiàn)場核實支架間的距離，支架柱的斷面當(dāng)實際距離和設(shè)計圖中不符時，應(yīng)對桁架的有關(guān)尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

(2)支架柱在加固之前須先對原柱進(jìn)行防腐處理(清底- 補(bǔ)漆- 刷漆)，然后再進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)(加固)施工，施工完后再進(jìn)行總體防腐處理。

(3)后補(bǔ)強(qiáng)鋼板與原支架柱及勁板、梁的焊縫為滿焊,且保證無漏縫存在以避免外部有害氣體進(jìn)入柱內(nèi)造成腐蝕和危害.補(bǔ)強(qiáng)鋼板須自原基礎(chǔ)頂面起。

(4)柱的補(bǔ)強(qiáng)鋼板的焊接不得一次焊接完成，焊縫須分段分批間隔進(jìn)行，最終達(dá)到滿焊要求。

3 運(yùn)行效果

管網(wǎng)于2016年10月改造完成投入使用，改造工期由原計劃的2個半月縮短至1個月，目前系統(tǒng)運(yùn)行正常，整個方案達(dá)到了預(yù)期的效果。改造前后的狀況見圖6。

圖6 冶煉廠管網(wǎng)實況

4 結(jié)語

本項目對老管架加固后進(jìn)行增層改造，相比新建管網(wǎng)方案簡單易行，節(jié)約了地基處理、基礎(chǔ)及新增管架等一系列工程費(fèi)用。設(shè)計過程有針對性地考慮了原有及新增管網(wǎng)的受力特點(diǎn)，同時結(jié)合施工的可行性，給出了合理的設(shè)計和加固方案，為以后老廠的管網(wǎng)系統(tǒng)改造提供借鑒。

[1] 國振喜，曲昭嘉.管道支架設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[2] GB50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] CECS77:96，鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

Design of steel-structure general piping network modification in a non-ferrous metal smelter

ZHANG Peng

This paper introduces the design of steel-structure general piping network modification in a non-ferrous metal smelter and describes its requirements of measurement and verification, design concept, reinforcement schemes and construction precautions.

general piping network; reinforcement design; independent support; pipe gallery support

張 鵬 (1980—)，男，北京人，本科學(xué)歷，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖審核及設(shè)計咨詢工作。

TF082.1

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