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        浮式煤碼頭桁架式鋼引橋加固補強方案

        2022-12-30 01:43:04姚太均王俊杰
        港口裝卸 2022年6期
        關(guān)鍵詞:角鐵腹桿邊角

        姚太均 王俊杰 張 煜

        1 宜昌港務(wù)集團有限責(zé)任公司 2 武漢理工大學(xué)交通與物流工程學(xué)院

        1 引言

        某浮式專用煤炭進口碼頭,船岸間通過42 m鋼引橋連接,皮帶機架設(shè)在鋼引橋上。碼頭前沿原設(shè)計為一艘5 t浮式起重機(以下簡稱浮吊),利用抓斗抓取貨物,回轉(zhuǎn)180°后將貨物卸至鋼引橋皮帶機受料斗,通過鋼引橋皮帶機將貨物輸送至岸上貨場,皮帶寬1 m,帶速為2 m/s,碼頭綜合臺時效率約為200 t。隨著貨物進口量的增長,原碼頭設(shè)計能力已不能滿足生產(chǎn)作業(yè)需要,需對碼頭進行擴能改造。擬將碼頭卸船浮吊由5 t浮吊更換為10 t浮吊,浮吊回轉(zhuǎn)幅度由180°減為90°,提高效率。在浮吊船上增設(shè)皮帶機,將貨物輸送給鋼引橋上皮帶機后,再經(jīng)過貨場皮帶機至堆場。同時將原碼頭皮帶機帶寬由1 m增加到1.2 m,帶速提升為2.5 m/s,使碼頭綜合臺時效率達到400 t以上。碼頭作業(yè)工藝為:貨船→10 t浮吊船→浮吊船受料斗→浮吊船皮帶機→鋼引橋皮帶機→貨場皮帶機→貨場上高機→堆場。

        該浮式碼頭船岸間的鋼引橋已使用了近15年,擴能改造時需對剛引橋進行預(yù)應(yīng)力卸載及其維修加固[1-2]。由于該碼頭位于某化工廠排污口,鋼引橋腐蝕十分嚴重,部分桿件厚度只有原來的60%左右,已達到中級危舊橋梁的標(biāo)準,鋼引橋的承載能力、安全性下降。如果在運行荷載不中斷的情況下,再疊加施工荷載、切割打磨受損構(gòu)件、焊接熱處理等影響,橋體的安全風(fēng)險較高。此次改造皮帶機加寬后,鋼引橋的荷載增加,強度需要重新驗算,若強度不足,需提出加固補強方案,確保鋼引橋的結(jié)構(gòu)安全。

        2 鋼引橋強度校核計算

        2.1 原鋼引橋參數(shù)

        該鋼引橋為桁架式結(jié)構(gòu),主梁型式采用平行弦桁架式雙主梁,跨度為42 m,材料為Q235A型鋼,鋼引橋兩端采用弧形滑動鉸支座,基本尺寸見圖1。

        圖1 原鋼引橋基本尺寸

        設(shè)計載荷:皮帶機載荷為3 kPa;人群載荷2 kPa;風(fēng)雪載荷 0.5 kPa。橋面系采用板式格梁構(gòu)造,布置有縱梁和橫梁,采用上平面等高連接。橫梁為主承重梁,跨度4.0 m,縱向間距3.5 m,布設(shè)并支承于兩片主桁架內(nèi)側(cè)??v梁為副承重梁,跨度3.5 m,水平間距0.7 m,等距布置。為增強鋼引橋的橫向抗扭強度,在兩片主桁架下弦桿之間,布設(shè)下弦縱向聯(lián)結(jié)系,成X型交叉腹桿,簡稱下平縱聯(lián);為保證鋼引橋上弦桿橫向穩(wěn)定性,在兩主桁架上弦桿之間布設(shè)上弦縱向聯(lián)結(jié)系,成X型交叉腹桿,簡稱上平縱聯(lián)。

        主要部件用材如下:橋面面板為5 mm鋼板;縱梁、橫梁為I20工字鋼;主桁架的上弦桿為2L160×100×10不等邊角鐵,下弦桿為2L125×125×10等邊角鐵,斜腹桿為2L140×140×10等邊角鐵,豎腹桿為2L80×80×6等邊角鐵;縱向聯(lián)結(jié)系的下平縱聯(lián)為L90×90×6等邊角鐵,上平縱聯(lián)為L100×100×8等邊角鐵。

        2.2 橋面系設(shè)計強度驗算

        為滿足碼頭改造后的作業(yè)工藝要求,對原鋼引橋橋面系設(shè)計的橋面板、縱梁、橫梁、端橫梁強度進行了驗算,具體驗算數(shù)據(jù)見表1。通過驗算,原鋼引橋橋面系設(shè)計的橋面板、縱梁、端橫梁強度均符合碼頭改造后的作業(yè)工藝要求。

        表1 橋面設(shè)計強度驗算表

        2.3 主桁架設(shè)計強度驗算

        計算跨度42 m,節(jié)點長度3.5 m,桁架高度3.5 m,橋面寬度4.0 m,計算簡圖見圖2。表2為桿件內(nèi)力計算表,表中受拉力為正,受壓力為負;表3為桿件截面驗算表。通過以上驗算,原鋼引橋主桁架設(shè)計的下弦桿、斜腹桿、豎腹桿強度均符合碼頭改造后的作業(yè)工藝要求;原鋼引橋上弦桿件選用2根不等邊角鐵160×100×10的總截面積為50.6 cm2,不能滿足皮帶機加寬后的強度要求,需要進行加強處理。

        圖2 桿件內(nèi)力計算簡圖

        表2 桿件內(nèi)力計算表

        表3 桿件截面驗算表

        2.4 縱向聯(lián)結(jié)系強度驗算

        對原鋼引橋縱向聯(lián)結(jié)系的上、下平縱聯(lián)強度進行驗算,因上平縱聯(lián)強度驗算計算與下平縱聯(lián)相同,故此取下平縱聯(lián)進行強度驗算。

        經(jīng)計算下弦桿產(chǎn)生的最大應(yīng)力為237.83 MPa,不滿足強度要求。因此,下弦桿肯定會失穩(wěn),危及整個結(jié)構(gòu)安全。為此,原鋼引橋在兩桁架下弦設(shè)立交叉腹桿抵抗橫向風(fēng)荷載,計算斜腹桿最大拉力為174.33 kN,所需角鐵總截面積為10.25 cm2,原等邊角鐵90×90×6可滿足1.2 m皮帶作業(yè)要求。上平縱聯(lián)強度驗算計算與下平縱聯(lián)相同,原鋼引橋設(shè)計采用等邊角鐵100×100×8的總截面積為15.6 cm2,滿足1.2 m皮帶作業(yè)要求。

        通過以上驗算,原鋼引橋縱向聯(lián)結(jié)系的上、下平縱聯(lián)強度驗算均符合碼頭改造后的作業(yè)工藝要求,不需要進行加強處理。

        2.5 其他驗算

        該鋼引橋僅將皮帶加寬,對其他構(gòu)件無任何影響,故鋼引橋的整體撓度、節(jié)點焊縫強度、支座強度等方面不需要重新進行驗算,均滿足現(xiàn)在生產(chǎn)作業(yè)工藝要求。

        通過以上的驗算,將該鋼引橋皮帶由1 m改為1.2 m后,由于荷載發(fā)生變化,且鋼引橋部分桿件銹蝕嚴重,造成鋼引橋主桁架部分的上弦桿強度不能滿足規(guī)范要求,需要進行補強,其余均滿足規(guī)范要求。

        3 鋼引橋補強加固設(shè)計與施工

        經(jīng)驗算,原鋼引橋主桁架上弦桿FG桿不能滿足規(guī)范要求,需進行補強處理??紤]到上弦桿腐蝕極其嚴重,此次加強計算截面積只能按50%考慮,同時需對上弦桿其他桿件進行強度驗算,計算結(jié)果見表4。

        表4 桿件補強計算表

        根據(jù)以上計算,為了減輕鋼引橋的重量,節(jié)約鋼材用量,鋼引橋D、E、F、G節(jié)點處采用鋼板焊接成箱體,直接焊在節(jié)點處連接鋼板上(見圖3)。箱體垂直弦桿方向板高160 mm,寬190 mm,鋼板厚10 mm;平行弦桿方向板高130 mm,寬200 mm,鋼板厚14 mm;箱體頂面封板長200 mm,寬150 mm,鋼板厚10 mm。

        圖3 鋼引橋加固處理施工圖

        BC、CD桿選用1根14槽鋼進行補強,為了便于施工,將槽鋼開口向下,扣在原角鐵面上,采用滿焊方式與原角鐵焊牢固,與原角鐵共同受力(見圖3b)。DE、EF、FG桿選用2根14槽鋼,提前將2根槽鋼開口方向進行對焊,焊成箱型梁,再將箱型梁與鋼引橋角鐵面焊接,達到補強目的(見圖3c)。

        由于該鋼引橋皮帶機已安裝到位,并受到周邊環(huán)境和場地限制,已不可能將鋼引橋?qū)⑵洳鸪荒茉诂F(xiàn)場進行加固。鋼引橋除原兩端支撐點外,其他部位無法進行臨時支撐。鋼引橋在受力情況下進行焊接加固,存在很大的施工風(fēng)險,如果不嚴格按要求進行施工焊接,極有可能發(fā)生鋼引橋整體跨塌的重大事故。

        施工時,采用對稱施焊方式對鋼引橋兩主桁架進行加固,先只焊節(jié)點,加固橫梁采用兩主橋架左右對稱、江側(cè)和岸側(cè)對稱的加固方式。待全部節(jié)點焊接完成,將鋼引橋上弦全部加固完成后,將各桿件均分為4等份,每個等份點處施焊,焊腳10 mm,焊縫長120 mm。焊接加固完成后,進行除銹,做好防腐工作,最后在加固桿件與上弦桿處采用結(jié)構(gòu)膠密封。

        4 結(jié)語

        該浮式煤碼頭42 m桁架式鋼引橋皮帶由1 m寬增加至1.2 m,帶速由2 m/s提高到2.5 m/s,生產(chǎn)效率提高近1倍,鋼引橋的荷載發(fā)生相應(yīng)變化。通過計算分析,提出了鋼引橋加固補強方案。改造后,該碼頭已運行半年,鋼引橋沒有發(fā)生任何變形,皮帶機運行平穩(wěn),表明該方案切實可行,可為類似碼頭鋼引橋加固提供參考。

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