大型钢管混凝土在板卷库厂房的应用.pdf

问题研究 第3 3 卷2 0 1 5 年第5 期( 总第 1 7 9 期) 大型钢管混凝土在板卷库厂房的应用 任明业任维振庞显峰周云麟 ( 内蒙古通辽扎鲁特旗众鑫商混有限责任公司 鞍山浦项特种耐火材料有限公司 辽宁英译右 联科技发展有限公司 辽宁鞍山台安县中威企远商混有限责任公司 扎鲁特旗0 2 9 1 0 0 ) 【 摘要】 常用的钢管混凝土柱也称三向应力结构。其整体性施工要求中， 因钢管与混凝土膨胀系数不 同， 变形差异会导致裂缝的危险性加大， 冬期更增加了施工难度。板卷库厂房施工在采取 了保温、 微膨胀混凝土 和连续顶升等措施后获得较好效果。使用近2 O 年仍完好无损。 【 关键词】 钢管混凝土 温度应力 冻害 残余膨胀 Ap p l i c a t i o n o f La r g e - s c a l e Co n c r e t e F i l l e d wi t h S t e e l Tu b e i n Co i l W a r e ho u s e Bu i l di ng RE N Mi n g - y e ， R ENG W e i - z h e n ， P ANG Xi a n - n g ， Z HOU Yu n - l i n ( I n n e r Mo n g o l i a T o n g l i a o Z alu t e q i Z h o n g x i n C o mme r c i a l C o n c r e t e C o ， nd ； A n s h a n P u x i a n g S p e c i al Re f r a c t o r yMa t e rial C o ， L t d ； L i a o n i n g Y i n g y i Y o u l i a n S c i e n c e De v e l o p me n t CO ， L t d ； L l o n i n gA n s h a n T a i a n Z h o n g w e i Q i y u a n C o mme r c i al C o n c r e t e CO ， L t d ， Z alu t e q i 0 2 9 1 0 0 ) A b s t r a c t T h e c o m m o n u s e d s t e e l t u b e c o n f i n e d c o n c r e t e c o l u m n i s a l s o r e f e r r e d t o a s t h r e e d i me n s i o n al s t r e s s s t r u c t u r e I n t h e o v e r all c o n s t ruc t i o n r e q u i r e me n t s ， t h e d e f o r ma t i o n d e v i a t i o n w i l l ma k e t h e c r a c k r i s k g e t t i n g h i g h e r d u e t o t h e d i ff e r e n c e b e t we e n s t e e l t u b e a n d c o n c r e t e e x p a n s i o n f a c t o r C a r - r y o u t t h e c o n s t ruc t i o n i n w i n t e r t i me e v e n mo r e d i ffic u l t We a d o p t e d s o me me a s u r e s f o r t h e c o n s t r u c - t i o n o f c o i l w a r e h o u s e b u i l d i n g ，s u c h a s t e mp e r a t u r e k e e p i n g ， mi c r o -e x p a n s i o n c o n c r e t e a n d c o n s t a n t l i fti n g I t c a n k e e p i n t a c t a f t e r 2 0 y e a r s 【 K e y w o r d s C o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e ， t e m p e r a t u r e s t r e s s ， f r o z e n d a m a g e ， r e s i d u a l e x p a n s i o n 1 工程概况 某钢铁集团公司新建2 1 5 0 轧机工程， 钢卷库 主厂房全长 2 2 8 m， 宽 1 6 8 m， 建筑面积达3 5 4 m 1 0 4 m = 3 6 4 m ， 分别由3 6 m跨3 跨 ， 3 0 m跨2 跨共5 跨 组成。 排 架 承重 柱 为钢 管混 凝 土 S T C C( S t e e l T u b e C o n fi n e d C o n c r e t e ) 结构 ， 形式为阶梯形 4 肢和双 肢 ， 钢 管分别 为 L： 7 0 01 21 4 0 0 0 m m8 4 根 ， 5 5 01 01 0 2 0 0 mm8 0 根 。按工程网络计划恰 在一 6 8 一 1 1 3 的严寒冬期施工 。因而采取 了 综合蓄热施工方法。 2 钢管混凝土结构特性及工艺原理 2 1 钢 管混凝土S T C C结构特性 ( 1 ) 具有较高的抗弯、 抗扭承载能力。相同截面 积( 例 I 1 2 7 6 c m 2 ) 的矩形截面和圆环截面的抗弯断面 系数 分别为： B = 1 2 2 2 c m ， = 7 1 6 c m 3 ； 而 D d = 2 6 1 8 e m， 则为1 3 2 5 c m 3 。提高了8 5 1 ， 且钢管和 混凝土本身具有较高的弹性模量， 所以具有较高的 抗弯、 抗扭承载能力。 ( 2 ) 钢管本身即是钢筋， 具有纵向钢筋 ( 拉、 压 ) 和横 向箍筋功能 ， 比制作钢筋骨架省工 、 省料 ， 便于混凝土浇筑。施工中不存在胀模、 漏浆、 模板 变形等弊病 ( 3 ) 钢管本身即是耐扭的侧模板， 省去支模拆 模工艺过程 。 ( 4 ) 钢管本身是整体性承重骨架 ， 焊接工艺大 为减少 。 ( 5 ) 钢管混凝土结构密封性好， 保水性好， 有 利 于混凝土后期 富余强度增长 ， 有利于微膨胀水 化物钙矾石( c A 3 C a S O 3 2 H ： 0 ) 的形成， 使钢管与 混凝 土形成整体结构 。 一 6 7 第3 3 卷2 0 1 5 年第5 期( 总第1 7 9 期) 问题研究 ( 6 ) 钢管混凝土是三向应力结构， 传力明确， 受力均匀合理， 加之钢管本身的环箍效应， 而使柱 的抗压承载能力得以提高一-一 。 2 2工 艺原理 钢管材质Q 2 3 5 一 B 热膨胀系数为1 2 1 0 - 5 ， 是C 4 0 混凝土热膨胀系数0 7 l 5 的1 7 倍， 负 温环境下钢管收缩 ， 而混 凝土中游离水 相转变冻 结成冰 ， 体积膨胀 9 ， 最大伴生2 4 0 M P a 冻胀应 力 ， 超过钢材屈服强度 2 3 5 MP a 。新浇筑混凝土的 初期冻有可能将钢管胀裂。负温下钢材韧性较差 ( 仅为4 2 J ) ， 在负温环境下， 结构内外温度差应力 极易形成破坏性裂缝。 另一施工难点是由于混凝土凝结硬化过程体 积收缩 ， 导致钢管与混凝 土“ 两重皮” 。相应 的技 措则是钢管表面包覆 1 5 0 m m岩棉毡保温， 以稳定 体积， 确保其抗冲击韧性等性能。 混凝土中掺入水泥重量 8 左右的U E A膨胀 剂 ， 以使混凝土在塑性状态向固态转化过程中体 积膨胀至2 5 倍， 这样钢管与混凝土紧密贴合形成 整体。 3 安装施工及其技术要点 3 1 钢管结构制作与安装 7 0 0 1 21 4 0 0 0 ( 咖x 8 L) 钢管混凝土结构 ， 长径比( L D) 为2 0 ， 当L D= 6 6 时， 破坏形式明显 是纵向弯曲特征0 - 31 。但双肢、 四肢钢管混凝土横 向有 1 9 4 8 m m 无缝钢管连接可避免弯曲破坏。 3 2 施 工技 术要 点 ( 1 ) 负温下露天焊接钢结构， 应搭设临时保护 棚 ， 避免雪花直接飘落在热 的焊缝上 。 ( 2 ) 8 = 1 2 m m厚的低碳钢管构件 ， 1 0 C 2 0 焊接 ， 必须将钢管预热至+ 3 6 C以上 。宜从 中心向 四周扩展焊接 ， 先焊 收缩量大 的焊缝 ， 后焊收缩量 小的焊缝 ， 对称施焊， 以使产生的变形互相抵消。 ( 3 ) 柱肢钢管均采用螺旋形焊接钢管 ， 下柱缀 条采用无缝管 。 ( 4 ) 由于采用 Q 2 3 5 一 B管材 ， 相应选用 E 4 3 1 6 焊 条， 若温度为一 l 5 2 0 ， 则选用低氢型焊条。 碱性焊条使用前需经烘焙， 存放在8 O o C 1 0 0 o C 烘 箱内， 取用时再置于保温筒内， 随用随取。 ( 5 ) 为增强钢管内壁与混凝土粘结强度 ， 浇筑 混凝土之前， 应对钢管内进行壁喷砂处理， 既清除 油渍 、 锈斑 ， 又提高其表面粗糙度 1 。 ( 6 ) 采用“ 顶升法” 浇筑混凝土， 浇筑 口设在 V 0 0 0 0 1 0 0 0 m标高处， 要求连续浇筑不留施 工缝 ， 增强整体性。待混凝土强度达到7 5 u k ( 设计强度等级) 后， 方可进行屋盖安装。 ( 7 ) 为防止混凝土意外原 因受冻 ， 掺入水泥重 量2 3 0 A G J 一 1 型混凝土复合防冻剂。必要时 再掺人 1 左右聚羧酸高性能减水剂， 以改善混凝 土拌合物和易性， 加快施工进度 。 ( 8 ) 为尽早获得较高 的钢管混凝土早期强度 ， 采用较高的水化热促进水化硬化 ， 确保产生微膨 胀作用的钙矾石F C 3 A 3 C a S O 4 3 2 H 2 O 的形成。应 选用 C 3 A( 铝酸三钙 ) + C 3 S ( 硅酸三钙 ) 矿物含量 6 2 的P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥， 配制 C 4 0 等级早 强微膨胀混凝土。 4 技术经济效果 4 1 保 温效果 通过在钢管混凝土 中埋设热 电偶测温 ， 测得 混凝 土浇筑后 1 4 d内， 大气 环境温度 为一 6 8 1 1 3 o C， 而 钢 管 混 凝 土 内 部 温 度 则 为 5 3 7 9 。说明混凝土始终处于+ 5 以上正温环境养 护 ， 可保证其质量 。 4 2混凝 土性 能 混凝土配合比及性能综合如表1 ， 2 所示。 钢管混凝土2 8 d 达到预期膨胀率5 8 1 0 。 的 表 1 C 4 0混凝土配合比及性能指标 k m 一 68 一 下转第7 0 页 第3 3 卷2 0 1 5 年第5 期( 总第1 7 9 期) 问题研究 的控制变频器安装到主一 从D P 网络当中， 从站的 地址系统会自动进行分配。在D P 主一 从网络通信 建立 的基础上 ， 在硬件配置 中对 P L C和变频器之 间用于控制字、 状态字的输入输出地址进行分配。 3 2 AB变频器参数设置 对A B 7 0 0 变频器相应的通信控制参数进行设 置 ， 变频 器 中数 据输 出端 B 2 对应 的控制参 数 为 P 3 1 3 ， 变频器中P 0 0 3 代表输出电流 ， 因此， 只需要 将控制参数 P 3 1 3 设置成3 即可， 其含义就是将变 频器的运行电流值通过数据输出端B 2 传送给与其 建立通信的设备， 例如P L C 。 3 _ 3 P L C 软 件 编程 在完成 了P L C硬件组态 配置及 A B变频器参 数设置以后 ， 就可以将变频器的运行电流值传送 至 P L C所分配的地址 。在 P L C中编写相应 的控制 程序， 把从变频器读入的电流值状态字存放在相 应的D B 数据块中， 然后编写电流比较控制程序， 将读进来的变频器电流值与人为设定的电流上限 值作比较， 如果电流实际值超过所设定的电流上 限值 ， 则激活相应的报警信号输出控制点 ， 编写的 控制程序如图2 所示 。 图2 电流比较控制程序 在这里所 设定的 电流上限值 ， 是根据 电动机 额 定电流值 以及超过额定 电流 比例人为设 定的 ， 电动机额定电流为9 A， 所设定的电流上限值= 额定 电流 1 2 0 = 1 0 8 A 一1 1 A。 3 4 WI N C C故障报警画面的制作 在WI N C C画面软件中， 利用趋势控件和报警 控件设计制作拉矫机电动机运行电流监控与故障 报警画面 ， 并将制作好的画面与P L C中报警信号 输出控制点建立动作连接。画面动作连接建立完 成后， 只要电动机运行电流超过电流上限值， P L C 中报警控制点被激活 ， 则 WI N C C画面上就会显示 出相应的故障报警信息， 以提醒工艺及维护人员 重点对报警设备进行检查。 4 结束 语 拉矫机智能报警系统实现了连铸拉矫机电动 机运行电流异常变化的故障报警功能， 以便及时 对异常情况采取有效的处理措施。这项技术的应 用不仅实现了连铸拉矫机电动机的智能控制， 也 直接关系到炼钢厂板坯的生产质量 。此项技术 已 在武钢某炼钢厂连铸生产线投入使用 1 年多的时 间， 运行稳定。连铸扇形段拉矫机运行故障报警 成功率达到9 0 以上， 先后准确、 快速检测出拉矫 机运行故障 1 9 起 ， 其中轴承缺陷 1 4 起 、 联轴器缺 陷5 起， 确保了关键设备运行稳定， 为汽车板、 镀锡 板等品种钢的生产质量提供了可靠保障。 ( 2 0 1 5 - 0 3 3 0 收稿 ) e 茄 矗 - - - | 蠕 缔 蛐 石 = 翰 ! 啼 ： ； 上接第6 8 页 同时， 2 8 d 抗压强度达到 1 0 6 f c u k ， 同条件养护试 块 9 0 d平 均强 度 达到 1 0 5 f c u k ， 标 准 差 3 7 6( N mm ) ， 变异 系数 C v 0 2 0 ， 标 明钢管混凝 土匀质性 较好， 质量优 良。由于钢管混凝土达到预期效果， 确保 了2 1 5 0 热带钢轧机如期投产 ， 创效益百万 以上 。 5 结论 冬期负温环境下施工钢管混凝土结构有较大 质量风险， 只要钢管外表面保温、 控制好焊接质量 一 7 0 一 微膨胀混凝土连续 施工和全程质量监控 ， 可获得 较好效果 。 参考文献 1 】 王异月 兆桐 混凝土手册 吉林科技出版社 1 9 8 5 f 2 】 李政 周云麟等 超长超重钢管混凝土冬期施工裂缝 分析 建筑技 术 ， 1 9 9 9 ( 1 0 ) 【 3 蔡绍怀 现代钢管混凝土结构 北京人民交通出版社 4 】 J G J 1 0 4 2 叭1 建筑工程冬期施工技术规程 5 J G J 0 1 1 9 8 9 钢管混凝土结构设计与施工规程 ( 2 0 1 5 - 0 1 - 2 8 收稿 )