简述截面替换法在钢结构通廊桁架加固中的应用

曹继奎

邯郸钢铁集团设计院有限公司 河北邯郸 056003

桁架是由多个杆件通过连接节点组成的一种结构体系，其中的杆件主要承受拉力或压力，因此可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构的重量。因其自重小、跨度大、承载力大的优点，被广泛应用于工业建筑中。尤其在一些工业原料场转运通廊中普遍采用钢桁架的形式，但是在生产活动中经常会出现一些意外情况，例如：火灾、爆炸、地震等，导致通廊桁架中的杆件出现破坏变形。对于变形较小的杆件可采取用钢板或型钢构件贴焊以加大杆件断面的方式进行加固，但是当杆件的变形非常严重时就必须将杆件拆除更换。目前，对于这种桁架杆件的更换一般采用的方法是先采取措施从地面对桁架通廊进行支撑并卸掉桁架上的设备及其它荷载，然后才能进行杆件的拆除和更换。而本文所论述的是采用截面替换法进行加固的方法[1]。

1 截面替换加固桁架方案简述

首先将需要加固的原有桁架图画出，并且在原图上标识出变形严重用常规方法无法加固的竖杆和斜杆。在桁架结构上布置新的斜杆改变原桁架杆件的传力途径使桁架形成新的受力体系，新的斜杆按照桁架原设计的斜向杆件轴向压力值进行设计。按照将桁架上严重变形的竖杆和斜杆拆除且不卸除桁架上原有设备及其它荷载的规则下计算桁架其余杆件的承载力。用增大断面的方法将承载力不满足要求的杆件进行补强加固。根据上述设计及计算结果进行桁架加固施工。施工时必须按照先增加斜杆并对下弦杆加固完成后再拆除严重变形杆件的顺序进行。拆除严重变形的杆件时必须从桁架一侧端部向中间的顺序依次拆除。

2 截面替换加固方案的特征

其特征在于：在桁架结构上布置新的斜向压杆改变原桁架杆件的传力途径使桁架形成新的受力体系，然后按照将桁架上严重变形的竖杆和斜杆拆除且不卸除桁架上原有设备及其它荷载的规则下计算桁架其余杆件的承载力，并根据计算结果将剩余杆件中承载力不足的杆件用增大其断面的方法进行加固，最后再将桁架上严重变形的杆件拆除。

3 与一般加固方案相比的优势

对于这种桁架杆件的更换一般加固采用的方法是先采取措施从地面对桁架通廊进行支撑并卸掉桁架上的设备及其它荷载，然后才能进行杆件的拆除和更换。这种方法的缺点1是卸掉设备荷载就必须停止生产；2是当通廊高度较大或者通廊下方是路或较为复杂的场地环境时对通廊的支撑施工就会非常困难。

而利用截面替换进行加固的方法能够克服常规加固对生产的影响和对施工场地的要求，能够在不卸掉钢桁架上设备荷载不影响钢桁架上正常生产运行且不对桁架做地面支撑的情况下完成对桁架的加固。此方法实施简单方便，保证了施工安全及质量，提高了施工速度，而且不会影响桁架上的施工以及生产活动，具有显著的经济效益和普遍的推广价值。

4 在工程实例中的应用

工程概况：

某企业料场的钢结构转运通廊由两个平面桁架以及两个桁架之间的横梁和支撑组成，通廊桁架上弦杆1为200x18双角钢组合，下弦杆2为180x16双角钢组合，竖杆3为100x8双角钢十字组合，斜杆4为100x8双角钢组合，端部受压斜杆4为180x14双角钢组合。通廊里有转运皮带机设备，通廊跨度30米、高3米、宽3.5米，通廊底部距地面高度25米且部分通廊下方有厂内运输铁路。因设备故障导致通廊失火，通廊钢桁架部分杆件被火烧的严重变形必须进行加固。因生产任务重厂方提出对桁架的加固施工要尽可能的不影响生产运行。如果采用常规加固方法：先对桁架进行地面支撑然后卸掉桁架上的设备及其它荷载，这样必然会导致施工期间停产，而且通廊高度较大，通廊下又有铁路，对通廊进行支撑施工不仅难度大还会影响铁路的通行[2]。为了保生产，同时又使施工不受通廊高度及通廊下部铁路影响，采用截面替换的方法做如下加固方案：

（1）首先标识出变形严重用常规方法无法加固的桁架竖杆3和斜杆4。

（2）在桁架结构上布置新的斜杆5（180x14双角钢组合）改变原桁架杆件的传力途径使桁架形成新的受力体系，新的斜杆5按照桁架原设计的斜向杆件轴向压力值进行设计。

（3）设计杆件6（180x16双角钢组合）和杆件7（125x14双角钢组合）采用增大断面的方法对承载力不满足要求的杆件1和2进行局部加固。

（4）根据上述设计及计算结果进行桁架加固施工。施工时必须按照先增加斜杆5并对上弦杆和下弦杆加固完成后再拆除严重变形杆件3和杆件4的顺序进行。

（5）拆除严重变形的杆件时必须从桁架一侧端部向中间的顺序依次拆除。

图1 （桁架立面图）

图中标记如下：桁架上弦杆1、桁架下弦杆2、变形严重的桁架竖杆3、变形严重的桁架斜杆4、桁架新增斜杆5、桁架加固上弦杆6、桁架加固下弦杆7。

5 结语

在钢结构通廊桁架加固工程中通常需要在保证工厂生产正常运行的情况下进行，在加固过程中就要做到既不影响生产又要保证桁架结构的使用安全。截面替换的加固方法很好解决了这个问题，但是这个方法对于计算的精确性和施工顺序以及施工质量要求较高，这就需要严格按照相关规范对通廊桁架的原有结构传力体系和截面替换后新的传力进行全面的分析和计算，根据分析结果制定详细的加固施工方案和施工安全以及质量保证措施，并在施工中严格按照施工方案及措施进行施工。