| 标题 | 加大截面法在某油品码头钢联桥加固改造中的应用 |
| 范文 | 卢伟 马涛 柏龙武 【摘 要】 以某油品码头4号泊位为例，介绍承载油管线的钢联桥使用工况变化情况，利用Midas Civil软件建立48 m €？5 m的钢联桥模型，在验证模型正确性后应用模型对新工况下钢联桥进行计算。结果表明，引桥部分上弦杆内力增大，超过钢材容许应力设计值，应选用加大截面法对上弦杆处进行加固。根据相关规范，复核加固后材料的强度及稳定性，结果表明加固后的上弦杆应力满足设计要求，加固后的钢联桥可安全投入使用。 【关键词】 加大截面法；钢联桥； Madis Civil；加固；内力；油品码头 钢联桥主要结构包括平行弦桁架、空腹拱桁、实腹板梁等形式，由于其具有轻质强度高、抗震性能好、施工速度快等特点，在我国码头工程中有着广泛的应用。然而，大量早年建设的钢联桥由于结构设计存在重大缺陷，随着使用条件的改变，钢联桥结构的强度、刚度或稳定性不再满足现有工况条件下的使用要求，同时存在安全隐患，需进行改造加固。如何采取有效的措施对既有钢联桥进行加固处理，是工程技术人员面临的一个重要问题。本文以某油品码头钢联桥为例，介绍使用工况发生改变时，采用加大截面法对钢联桥进行加固改造的设计方法，为以后相关加固改造工程提供类似经验。 1 工程概况 某油品码头水工建筑物共有5个泊位，按照业主加大油品运输量的要求，其中4号泊位新增4条油管线，该泊位由1艘90 m €？14 m €？3.3 m趸船、7座钢引（联）桥、6座阀室墩台和接岸桥台组成。趸船通过1座钢联桥与阀室墩台连接，阀室墩台通过钢联桥与其他墩台及接岸桥台连接；钢引（联）桥主尺寸分别为48 m €？6 m、48 m €？5 m和36 m €？5 m，均为焊接空腹拱桁结构。 48 m €？5m钢联桥共布置15根管线（见图1），其中，1～4号管线为新增油管线，荷载分别为0.756 kN/m，1.042 kN/m，1.042 kN/m，0.355 kN/m。 2 加固前检测 2012年9月工程质量检测公司对工况1作用下的钢联桥进行了检测，检测内容包括外观检测和钢联桥挠度、应力及残余厚度检测等。 根据检测评估，由于现有钢联桥横梁的上部面板预留了孔位，导致所有横梁与面板交接部分的面板下部锈蚀情况较为严重，其他部位面板存在小面积锈蚀情况；横梁、下弦杆、腹杆、主桁架及上纵平联构件外观情况良好，未发现大面积锈蚀，钢联桥强度、挠度及残余厚度均满足工况1的使用要求。 3 模型的建立及验证 利用Midas Civil（空间有限元分析）软件对钢联桥空间桁架数值进行模拟仿真分析。空间钢联桥由主桁架、上平联及桥面系组成，主桁架与上平联间通过焊接连接，采用固结模式。有限元模型结点数132个，单元数196个，以一端端横梁为固结，另一端端横梁为铰支座为约束条件，建立模型（见图2）。 管线及人行荷载通过计算，等效传递至主桁架上。风荷载按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60―2004）中的风荷载公式进行计算，其中：基本风压W0=0.4 kN/m2；风速V10=23.9 m/s。 应用模型对工况1下的钢联桥各杆件内力进行计算，并将内力计算结果与相同位置的检测结果进行对比（见表2）。 钢联桥主桁架各杆件内力测量结果与数值分析结果比值为0.89～1.04，这是由于实际检测中存在一定误差，同时数值仿真模拟对加载的荷载与钢联桥的结构也进行了一定程度的简化，导致检测结果略偏保守，结论为该钢联桥模型可以作为加固后工况2的计算模型。 4 加固方案设计 4.1 计算方法 应用模型对工况2钢联桥进行计算，得出杆件轴力和弯矩。依据《水运工程钢结构设计规范》（JTS 152―2012）验算钢联桥材料的强度和稳定性，得到工况2钢联桥的各部分构件的内力及验算结果（见表3）。 4.2 加固方案设计 根据计算结果分析，认为主桁架主要承担横梁传递的荷载，上下弦杆组合抵抗弯矩及主要轴力，上弦杆端杆及下弦杆承担Y轴矢量方向的主要弯矩，上弦杆中间杆承担X轴矢量方向的弯矩。 钢联桥上弦杆端杆（位置详见图1中带圈杆件）的强度及稳定性不能满足工况2的使用要求，需进行局部加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固，包括加大杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法等，其中加大截面法是最为可行的办法。此处采用加大截面法对上弦杆端杆进行处理（见图3）。 在图3中，①～④杆件分别表示钢板尺寸为12 mm €？400 mm €？ mm，12 mm €？400 mm €？ mm，12 mm €？83 mm €？320 mm及12 mm €？40 mm €？336 mm的Q345B型杆件。在原有杆件上进行双面焊接来加大截面面积，提高截面的抗弯、抗剪能力，增大材料的强度及稳定性。通过验算，加大截面后的杆件满足工况2的强度和稳定性要求，加固后的钢联桥能安全投入使用。 5 结论及建议 对于改变使用工况而需要加固钢联桥，检测与数值模拟相结合和加大杆件截面法可以作为设计和加固时的重要手段和行之有效的方法。针对空腹拱形钢联桥，在类似于本文工况2的使用工况下，需重点关注其上弦杆端杆的强度和稳定性是否满足要求。 由于新增杆件与原有杆件焊接质量直接关系到钢联桥的加固质量，因此，对于无法进行双面焊接的部位，均可采用保证焊透的单面熔透焊缝焊接技术，焊接时尽量满焊。 【摘 要】 以某油品码头4号泊位为例，介绍承载油管线的钢联桥使用工况变化情况，利用Midas Civil软件建立48 m €？5 m的钢联桥模型，在验证模型正确性后应用模型对新工况下钢联桥进行计算。结果表明，引桥部分上弦杆内力增大，超过钢材容许应力设计值，应选用加大截面法对上弦杆处进行加固。根据相关规范，复核加固后材料的强度及稳定性，结果表明加固后的上弦杆应力满足设计要求，加固后的钢联桥可安全投入使用。 【关键词】 加大截面法；钢联桥； Madis Civil；加固；内力；油品码头 钢联桥主要结构包括平行弦桁架、空腹拱桁、实腹板梁等形式，由于其具有轻质强度高、抗震性能好、施工速度快等特点，在我国码头工程中有着广泛的应用。然而，大量早年建设的钢联桥由于结构设计存在重大缺陷，随着使用条件的改变，钢联桥结构的强度、刚度或稳定性不再满足现有工况条件下的使用要求，同时存在安全隐患，需进行改造加固。如何采取有效的措施对既有钢联桥进行加固处理，是工程技术人员面临的一个重要问题。本文以某油品码头钢联桥为例，介绍使用工况发生改变时，采用加大截面法对钢联桥进行加固改造的设计方法，为以后相关加固改造工程提供类似经验。 1 工程概况 某油品码头水工建筑物共有5个泊位，按照业主加大油品运输量的要求，其中4号泊位新增4条油管线，该泊位由1艘90 m €？14 m €？3.3 m趸船、7座钢引（联）桥、6座阀室墩台和接岸桥台组成。趸船通过1座钢联桥与阀室墩台连接，阀室墩台通过钢联桥与其他墩台及接岸桥台连接；钢引（联）桥主尺寸分别为48 m €？6 m、48 m €？5 m和36 m €？5 m，均为焊接空腹拱桁结构。 48 m €？5m钢联桥共布置15根管线（见图1），其中，1～4号管线为新增油管线，荷载分别为0.756 kN/m，1.042 kN/m，1.042 kN/m，0.355 kN/m。 2 加固前检测 2012年9月工程质量检测公司对工况1作用下的钢联桥进行了检测，检测内容包括外观检测和钢联桥挠度、应力及残余厚度检测等。 根据检测评估，由于现有钢联桥横梁的上部面板预留了孔位，导致所有横梁与面板交接部分的面板下部锈蚀情况较为严重，其他部位面板存在小面积锈蚀情况；横梁、下弦杆、腹杆、主桁架及上纵平联构件外观情况良好，未发现大面积锈蚀，钢联桥强度、挠度及残余厚度均满足工况1的使用要求。 3 模型的建立及验证 利用Midas Civil（空间有限元分析）软件对钢联桥空间桁架数值进行模拟仿真分析。空间钢联桥由主桁架、上平联及桥面系组成，主桁架与上平联间通过焊接连接，采用固结模式。有限元模型结点数132个，单元数196个，以一端端横梁为固结，另一端端横梁为铰支座为约束条件，建立模型（见图2）。 管线及人行荷载通过计算，等效传递至主桁架上。风荷载按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60―2004）中的风荷载公式进行计算，其中：基本风压W0=0.4 kN/m2；风速V10=23.9 m/s。 应用模型对工况1下的钢联桥各杆件内力进行计算，并将内力计算结果与相同位置的检测结果进行对比（见表2）。 钢联桥主桁架各杆件内力测量结果与数值分析结果比值为0.89～1.04，这是由于实际检测中存在一定误差，同时数值仿真模拟对加载的荷载与钢联桥的结构也进行了一定程度的简化，导致检测结果略偏保守，结论为该钢联桥模型可以作为加固后工况2的计算模型。 4 加固方案设计 4.1 计算方法 应用模型对工况2钢联桥进行计算，得出杆件轴力和弯矩。依据《水运工程钢结构设计规范》（JTS 152―2012）验算钢联桥材料的强度和稳定性，得到工况2钢联桥的各部分构件的内力及验算结果（见表3）。 4.2 加固方案设计 根据计算结果分析，认为主桁架主要承担横梁传递的荷载，上下弦杆组合抵抗弯矩及主要轴力，上弦杆端杆及下弦杆承担Y轴矢量方向的主要弯矩，上弦杆中间杆承担X轴矢量方向的弯矩。 钢联桥上弦杆端杆（位置详见图1中带圈杆件）的强度及稳定性不能满足工况2的使用要求，需进行局部加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固，包括加大杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法等，其中加大截面法是最为可行的办法。此处采用加大截面法对上弦杆端杆进行处理（见图3）。 在图3中，①～④杆件分别表示钢板尺寸为12 mm €？400 mm €？ mm，12 mm €？400 mm €？ mm，12 mm €？83 mm €？320 mm及12 mm €？40 mm €？336 mm的Q345B型杆件。在原有杆件上进行双面焊接来加大截面面积，提高截面的抗弯、抗剪能力，增大材料的强度及稳定性。通过验算，加大截面后的杆件满足工况2的强度和稳定性要求，加固后的钢联桥能安全投入使用。 5 结论及建议 对于改变使用工况而需要加固钢联桥，检测与数值模拟相结合和加大杆件截面法可以作为设计和加固时的重要手段和行之有效的方法。针对空腹拱形钢联桥，在类似于本文工况2的使用工况下，需重点关注其上弦杆端杆的强度和稳定性是否满足要求。 由于新增杆件与原有杆件焊接质量直接关系到钢联桥的加固质量，因此，对于无法进行双面焊接的部位，均可采用保证焊透的单面熔透焊缝焊接技术，焊接时尽量满焊。 【摘 要】 以某油品码头4号泊位为例，介绍承载油管线的钢联桥使用工况变化情况，利用Midas Civil软件建立48 m €？5 m的钢联桥模型，在验证模型正确性后应用模型对新工况下钢联桥进行计算。结果表明，引桥部分上弦杆内力增大，超过钢材容许应力设计值，应选用加大截面法对上弦杆处进行加固。根据相关规范，复核加固后材料的强度及稳定性，结果表明加固后的上弦杆应力满足设计要求，加固后的钢联桥可安全投入使用。 【关键词】 加大截面法；钢联桥； Madis Civil；加固；内力；油品码头 钢联桥主要结构包括平行弦桁架、空腹拱桁、实腹板梁等形式，由于其具有轻质强度高、抗震性能好、施工速度快等特点，在我国码头工程中有着广泛的应用。然而，大量早年建设的钢联桥由于结构设计存在重大缺陷，随着使用条件的改变，钢联桥结构的强度、刚度或稳定性不再满足现有工况条件下的使用要求，同时存在安全隐患，需进行改造加固。如何采取有效的措施对既有钢联桥进行加固处理，是工程技术人员面临的一个重要问题。本文以某油品码头钢联桥为例，介绍使用工况发生改变时，采用加大截面法对钢联桥进行加固改造的设计方法，为以后相关加固改造工程提供类似经验。 1 工程概况 某油品码头水工建筑物共有5个泊位，按照业主加大油品运输量的要求，其中4号泊位新增4条油管线，该泊位由1艘90 m €？14 m €？3.3 m趸船、7座钢引（联）桥、6座阀室墩台和接岸桥台组成。趸船通过1座钢联桥与阀室墩台连接，阀室墩台通过钢联桥与其他墩台及接岸桥台连接；钢引（联）桥主尺寸分别为48 m €？6 m、48 m €？5 m和36 m €？5 m，均为焊接空腹拱桁结构。 48 m €？5m钢联桥共布置15根管线（见图1），其中，1～4号管线为新增油管线，荷载分别为0.756 kN/m，1.042 kN/m，1.042 kN/m，0.355 kN/m。 2 加固前检测 2012年9月工程质量检测公司对工况1作用下的钢联桥进行了检测，检测内容包括外观检测和钢联桥挠度、应力及残余厚度检测等。 根据检测评估，由于现有钢联桥横梁的上部面板预留了孔位，导致所有横梁与面板交接部分的面板下部锈蚀情况较为严重，其他部位面板存在小面积锈蚀情况；横梁、下弦杆、腹杆、主桁架及上纵平联构件外观情况良好，未发现大面积锈蚀，钢联桥强度、挠度及残余厚度均满足工况1的使用要求。 3 模型的建立及验证 利用Midas Civil（空间有限元分析）软件对钢联桥空间桁架数值进行模拟仿真分析。空间钢联桥由主桁架、上平联及桥面系组成，主桁架与上平联间通过焊接连接，采用固结模式。有限元模型结点数132个，单元数196个，以一端端横梁为固结，另一端端横梁为铰支座为约束条件，建立模型（见图2）。 管线及人行荷载通过计算，等效传递至主桁架上。风荷载按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60―2004）中的风荷载公式进行计算，其中：基本风压W0=0.4 kN/m2；风速V10=23.9 m/s。 应用模型对工况1下的钢联桥各杆件内力进行计算，并将内力计算结果与相同位置的检测结果进行对比（见表2）。 钢联桥主桁架各杆件内力测量结果与数值分析结果比值为0.89～1.04，这是由于实际检测中存在一定误差，同时数值仿真模拟对加载的荷载与钢联桥的结构也进行了一定程度的简化，导致检测结果略偏保守，结论为该钢联桥模型可以作为加固后工况2的计算模型。 4 加固方案设计 4.1 计算方法 应用模型对工况2钢联桥进行计算，得出杆件轴力和弯矩。依据《水运工程钢结构设计规范》（JTS 152―2012）验算钢联桥材料的强度和稳定性，得到工况2钢联桥的各部分构件的内力及验算结果（见表3）。 4.2 加固方案设计 根据计算结果分析，认为主桁架主要承担横梁传递的荷载，上下弦杆组合抵抗弯矩及主要轴力，上弦杆端杆及下弦杆承担Y轴矢量方向的主要弯矩，上弦杆中间杆承担X轴矢量方向的弯矩。 钢联桥上弦杆端杆（位置详见图1中带圈杆件）的强度及稳定性不能满足工况2的使用要求，需进行局部加固。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固，包括加大杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法等，其中加大截面法是最为可行的办法。此处采用加大截面法对上弦杆端杆进行处理（见图3）。 在图3中，①～④杆件分别表示钢板尺寸为12 mm €？400 mm €？ mm，12 mm €？400 mm €？ mm，12 mm €？83 mm €？320 mm及12 mm €？40 mm €？336 mm的Q345B型杆件。在原有杆件上进行双面焊接来加大截面面积，提高截面的抗弯、抗剪能力，增大材料的强度及稳定性。通过验算，加大截面后的杆件满足工况2的强度和稳定性要求，加固后的钢联桥能安全投入使用。 5 结论及建议 对于改变使用工况而需要加固钢联桥，检测与数值模拟相结合和加大杆件截面法可以作为设计和加固时的重要手段和行之有效的方法。针对空腹拱形钢联桥，在类似于本文工况2的使用工况下，需重点关注其上弦杆端杆的强度和稳定性是否满足要求。 由于新增杆件与原有杆件焊接质量直接关系到钢联桥的加固质量，因此，对于无法进行双面焊接的部位，均可采用保证焊透的单面熔透焊缝焊接技术，焊接时尽量满焊。 |
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