钢-混凝土组合梁在洗煤厂加固改造中的应用.pdf

第 4期 2 0 1 4年 1 2月 水力 采煤 与 管道运输 HYDRAUL I C COAL MI NI NG ＆ P I P EL I NE TR ANS P OR TAT 1 0N NO． 4 De o ． 20l 4 DO I ： 1 0 ． 1 4 1 8 7 ／ j ． c n k i ． c n l 3—1 1 8 5 ／ t n ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 1 8 钢 一混凝 土 组合 梁在 洗 煤 厂 加 固改造 中的应 用 李 洪义 ( 1 ．中燥科 工 集 团唐 山研 究院 有限公 司 ， 河北 唐 山 0 6 3 0 1 2； 2 ． 河 北省煤 炭洗 选工程 技术研 究 中心 ，河北 唐 山 0 6 3 0 1 2 ) 摘要 ： 采 用 H 型钢加 固原 有混凝 土梁形成钢 一混凝 土组合 梁， 并通过 对钢 一混凝土 组合 梁的 理论分析和 S A P 2 0 0 0有 限元模 态分析 ， 计 算组合 梁 的承载 力及 组合 梁 一楼 板 体 系的 固有频 率 ， 避 开新增 卧式 离心机 的工作频 率。设备安装 调试后 ， 加 固效果 良好 ， 为在洗煤厂 的厂房加 固改造 中 ， 应 用 H型钢加 固原有混凝土梁提供理论依据及设计 方法。 关键词 ： 钢 一混凝 土组合 梁 ； 模 态分析 ； 频 率 ； 加 固 中图分类号 ： T D 9 4 2 ． 8 文献标 志码 ： A文章编号 ： 1 0 0 6—0 8 9 8( 2 0 l 4) 0 4—0 0 5 6—0 3 选煤 厂 厂房 在新 增 动力 设 备及 改 变原 有设 备 型号 时 ， 需 要 加 固的 梁 既 能满 足 承 载 力 的要 求 ， 又能有合理 的刚度 以避 免使 用过程 中发生共 振 。钢 一混凝 土 组合 梁加 固作 为新 型 的加 固体 系 ， 刚好有满 足此要求 的功 能特点 ， 在此 ， 通过 对 钢 一混凝 土组 合 梁 的理论 分析 与 S A P 2 0 0 0有 限 元 软 件模 态分 析 ， 计 算组 合 梁 的承载力 、 局部 梁 板结 构 的 固有 频率 ， 避免 设备 与 厂房 的共 振 ， 为 在洗煤厂的厂房加 固改造 中 ， 应用 H型钢加 固原 1工 程 概 况 府谷 县融 德洗 选 煤有 限公 司选 煤 厂 主 厂 房 为 5层框 架结构 ， 2 0 1 1年建成投产 。为处 理煤 泥 含水量 高 的 问题 ， 在 主 厂 房 增设 卧 室 离 心 机 一 台 ， 设 备 自重 5 t ， 物 料 5 t ， 工 作 频 率 2 8 H z 。主 要 作用于该楼层 两根次梁 ( L L 2， L L 3) 上 ， 次梁 截面 3 0 0 X 5 0 0， 设备下楼板拆 除 ， 并 在洞边增设 小梁 。 主厂房原材料 为 C 3 0， H RB 3 3 5， 板厚 1 2 0 I n m。平 有混凝土梁提供理论依据及 设计方法⋯ 。 面布置如 图 1所示 。 }， 蝗 龟 ，2 0_ 一 二 一 一 一 一 _ 一一 一 一 一 一 二一 蝗 0 _ J l 『 一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一1 I ■_ l K I：- 9 ( 5 )3 0 0 x 9 0 0 - _ T ．I l们0 @ I O 0 ／ 2 0 0 ( 2 ) I c、 ≮ 0 l l 3 o 0 x 6 0 o l。 ．L L ZI ．0 l b I ． 10 0 ( 2 ) ． 薰 I 咝 世 一J 竺 一 一一一一一一一一一一一 蟹 ! 1 ．． ．．．．一 ．一 I ～ ．⋯ ．一 I I广一一一一一一一一 一一 一一一一一一一一一一一一一一 一] I ： 砼各膏50mm。蕊壁-I较10—200*200 ： I I 鼽 机蕾●盯=5t，藏串28Hz．#t$1tT=5t ； ： I砼 矗 5 0 m m ． 楹 2 — 2 0 0 , 2 6 0 0 O 4 I L ⋯巾6L2(1 ) 螂3000 2OO(2 。。 “ 租 ／8 I 』 I1^11 I 1^1口 I2业 0：4盘1 ／ 一 ．2 ~ 2 ． 2 + 2 Q 1 d ! -．t - - r l " l -- H, - r — — — r — 一 一 ’ 。 ． I 二一——一 1 ／ ． ． ； 2 ~ 2 2 + 2 盘 1 8 o 4 - 0 0 一 C 一 I I 0 訇 I I l州 0 ／ 2 O O (2 )； 2 ：8J 6 0 寸上 尘 2 5 +2 尘 2 o I琵 蓊 蛇 2 盘 2 5 + 2 盘 2 一 I ’ l 。I 1 I ． 7 0 0 0 图 I 平面布置图 2加 固方案的确定 经计 算 原 梁 ， L L 2 、 L L 3跨 中 受 弯 承 载 力 为 5 6 1 3 1 KN I l l ， 增加设备 后跨 中弯矩 为 3 1 0 K N i n 。 原有梁不能满 足承载 力要求 ， 需 加 固。现 有混凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 1 2月 李洪义： 钢 一混凝土组合梁在洗煤厂加 固改造中的应用 第4期 土加固规范所列方法不能同时满足强度 、 刚度 ， 方便施工及周期 短等要求 ， 该方案 采用 H型钢底 托 原有 混凝 土 梁 ， 采 用合 理 的界 面处 理 ， 以形成 H型钢 一混凝土组合梁 的受力体系 。 3 组合梁承载 力的计算方法 因原混凝 土梁 下 部 纵 向钢 筋 与新 增 组 合 梁 的面积 比值 较小 ， 忽 略下部 纵 向钢 筋 的贡 献后 ， 承载力参 照《钢结 构 设 计 规 范》G B 5 0 0 1 7 _2 0 0 3 的规定计算 j 。 3 ． 1弯矩 承载力计算 ( 1 ) 塑 性 中和 轴在 混凝 土翼 板 内 ( 如 图 2 )， 即 ≤6 h 时 ： ≤ 6 。 y ： a f ／ ( 6 ) 十———————— —————— 图 2 塑 性 中和 轴在 混凝 土 内时 的组合 梁截面及应力图形 ( 2 ) 塑性 中和轴 在钢 梁截 面 内 ( 如 图 3 )， 即 4 厂 ≥b , h 时 ： ≤b c h f c y 1 +A f y 2 A =0 ． 5( A—b , h J ／ f ) 式 中 ： 为正弯矩设计值 ； A为钢梁 的截 面面积 ； 为混凝 土翼板受 压 区 高度 ； Y为 钢 梁截 面应 力 的 合力 至混凝上受压 区截 面应 力 的合 力 间 的距 离 ； 为混凝土抗压强 度设计 值 ； A 为钢 梁受压 区截 面面积 ； Y 为钢 梁受拉 区截 面形心 至混凝 土翼板 受压 区截 面形心 的距离 ； Y 为 钢梁受 拉 区截面形 心 至钢梁 受压区截面形心 的距 离。 { 图 3 塑性 中和轴在钢梁内时的组合梁 截面及应力图形 3 ． 2剪力承载力计算 组合梁截 面上 的全部 剪力 ， 假 定仅 由钢 梁腹 板 承受 ， 按下式计 算 ： ≤ t Jr 式中： h 为腹板 高度 ； t 为腹板厚度 ； 为钢材 抗剪 强度设计值 。 3 ． 3连接件的计算 每个剪跨 区段 内需要的连接件总数 n ， ： = L／ N 式 中 ： 为组合梁上 最大弯矩点 和邻 近弯矩 点之 间的混凝 土梁 与钢梁叠合 面间 的纵 向剪力 ， 取 A ， 和 6 。 。 f c中的较 小 者 ； N 为一 个 抗剪 连 接 件 的抗剪承载力设计 值 j 。 鉴于加钢 梁 后 与 原 混凝 土 梁 连接 界 面 的特 点 ， 该 方 案采 用在 梁外 侧增 加 缀板 ， 并在 已经 处 理 的板缝 间加注 了结构 胶 ， 以保证 两者 合成一 体 共 同受力 。组合 梁加 固如图 4所示 。 1 —1 图4组合梁加固详图 选 用 H 型 钢 为 H W3 0 03 0 0 1 0 1 5， Q 2 3 5 B级。经计算组 合梁满足抗弯、 抗剪等要 求 ， 连接件符合 相关条文 的规定 ， 在此 ， 计算 过程 从 略。 4有 限元模态 分析 在有 限元 软件 S A P 2 0 0 0中建立 局 部 简化 模 型 ， 其 中柱位 置 简化 为 固定支 座 ， 梁 用线 单元 模 拟 ， 楼板用壳单元模 拟 ， 采用截 面设 计器组 合梁 ， 考虑楼板装修、 设备及物料 的重量 ， 对增加设备 5 7 『 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 1 2月 水 力采煤 与管 道运 输 第 4期 的位置进行模态分 析 ， 得 出模 型的前 5个 固有 频 率 ， 如表 1所示 。 表 1 模型固有频率表 由表 1看 出 ， 第 4阵型 的频 率与设备 工作频 率 ( 2 8 n z ) 比较 接近 ， 检 查 阵型动 态 ( 如 图 5 )， 其 主要表现为远离设备框架出的振动 ， 厂房此处存 在连续 楼板 ( 模 型中并未反应 ) ， 该 阵型存在较 大 误差 ， 应更进 一步分析 。但是该模 型 已基 本反 映 了加 固后该跨楼板 的特性 ， 可 以为工程设 计施 工 提供 指导 。 图 5 局部模型的第 4阵型 5建 议 及 结论 引入 、 论述了在工业厂房内增设动力设备的 设计计 算方法 ， 并用该方 法设计 完成 了一个加 固 工程 。该加 固工 程完 成 投产 后 ， 使 用 效 果 良好 ， 未发现 明显 的局 部振动 。通 过应用 分析 ， 提 出以 下建议 ： ( 1 ) 加 固梁设计计算 忽略 了原有 混凝 土梁 内 配筋 ， 若精确计算 时应予 以考虑 ； ( 2 ) 局部 楼板 的分析 有其 局 限性 ， 在 实 际工 程 应用 中， 计算 模 型应选 取 合理 的影 响 范 围 ， 必 要 时可进行全楼模 型分 析 ； ( 3) 在工业 厂房 中 ， 楼 面荷 载 、 设 备支 架等对 模态分析结果影 响很大 ， 应 尽量采 用符合 实 际情 况 的质量源 。 参考 文献 ： [ 1 ] G B 5 0 0 1 7 --2 0 0 3 ， 钢结构设计规 范[ s ] ． [ 2 ] G B 5 0 3 6 7 --2 0 0 6 ， 混凝土结构加 固设计规范[ s ] ． [ 3 ] GB 5 O 5 8 3 _2 0 1 0， 选煤厂 建筑 结构设 计规 范 [ s ] ． [ 4] 朱聘 儒 ， 钢 混凝 土 组合 梁设 计 原 理 [ M] ． 北 京 ： 中 国建 筑 工 业 出版 社 ． 2 0 0 6 [ 5 ] 伍 志 强，周 杰 ，型钢一 混凝 土组合 梁在 震后加 固工程 中的 应 用研 究 [ J ] ． 四川建 筑科 学研 究， 2 0 1 l ， ( 6)： 1 0 5—1 0 8 作 者简 介 ： 李洪 义( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 山 东省鱼 台县人 ， 工程师 ， 从 事选 煤厂 土建设 计 、 三维 工厂设 计管 理 系统的研 究 与推 广 工作 。 E — ma i l ：t s 7 7 59 48 7 @1 26．t o m T e l ：0 31 5 — 7 75 9 48 7： l 3 48 34 8 60 98 收 稿 日期 ： 2 0 1 4—1 1—9 ( 上接第 5 5页 ) 控制的支架阻力的确定[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 O l 4 ， 0 8 ： 1 6 1 9— 1 6 2 4． [ 3] 王 家 臣． 我 国 综 放 开 采 技 术 及 其 深 层 次 发 展 问题 探 讨 [ J ] ． 煤 炭科 学技 术 ， 2 0 0 5， 3 5 ( 1 )： l 4—1 7 ． [ 4] 范韶 刚 ， 闰 少宏 ， 毛德 兵 ， 等． 确 定 综放 支 架 工作 阻 力的 统 计 类比 法[ J ] ． 矿 山压 力与顶 板 管理 ， 2 0 0 0， 0 4： 2 4—2 6． [ 5] 闭 少宏 ， 毛德 兵 ， 范韶 刚． 综放 工作 面支 架工作 阻力 确定 的 理论与应用[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 2 ， O 1 ： 6 4— 6 7 ． [ 6 ] 杨兴， 李学成， 胡志亮． 综放工作面支架工作阻力的确定方 法[ J ] ． 水力采煤与管道运输 ， 2 0 0 6 ， 0 4 ： 1 3—1 5+ 6 1 ． 58 [ 7 ] 滕 永海 ． 综放 开采 导水 裂缝 带的发 育特 征与 最 大高度 计算 [ J ] ． 煤 炭科 学技 术 ， 2 0 1 1 ， 0 4： 1 1 8—1 2 0 ． 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 4 0 4 1 3 9 ) 作者简介 ： 高凯 ( 1 9 8 6 一 )， 男 ， 河南省 焦作 市人 ， 助理 工程 师 ， 从 事 煤矿 安 全 生产管 理方 面的 工作 。 E — ma i l ： h nl g l y x @ 1 63． c o rn Te l ： 8 4 261 5 4 9 收稿 日期 ： 2 0 1 4—1 0—3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m