钢结构代换受损钢筋砼结构的应用

【摘要】对矿井工程中受损的钢筋砼结构进行加固补强， 经过方案比较， 最终确定采用钢结构替换原损坏结构， 通过增加的钢梁、钢柱等构件， 在合理的制作安装后， 代换了原有受到损伤的钢筋砼结构部分， 实现了对受损钢筋混凝土结构使用功能的恢复。施工质量、工期等都达到了预期效果。

【关键词】钢梁；钢柱；施工

某矿井井塔为方形钢筋混凝土筒体结构， 全高60m，此井塔在煤矿原煤生产中起咽喉作用， 主要担负着原煤的垂直提升、运输等方面的功能。在生产过程中， 由于提煤机斗提升过速的反向冲顶撞击， 使九层+42.6m平顶处固定安装导向轮的支座及附近的钢筋砼现浇梁、板严重破坏， 即支撑导向轮（0.5m×0.6m×1.5m）的混凝土基础被撞击破坏， 钢筋全部裸露并弯曲变形；周围近旁的钢筋混凝土板也不同程度地开裂脱落， 形成了局部孔洞。

1、加固补强恢复方案的选择

为使矿井早日恢复生产， 针对破坏现场状况，为保证加固结构的安全性、耐久性和长期使用要求， 制定出多种加固方案进行比较， 从中优选出符合实际要求的方案， 以达到早日恢复生产的目的，力争将损失减少到最低。

（1）方案一：采用C30 砼掺早强剂， 将原钢筋连接后， 支模、浇筑砼， 恢复原设计的做法。施工时需将原破碎的混凝土全部拆除方可施工。无法交叉作业， 钢筋绑扎、支模、浇注砼、养护、拆模、清理均占工期， 施工缝处理也占工期， 且支模施工难度大。所需工期：14d 。

（2）方案二：按照原设计进行施工， 利用CGM无收缩灌浆料代替原设计混凝土的做法。施工情况：同样需将原破碎的混凝土全部拆除， 无法交叉作业， 支模难度大， 要求严， 且需到北京采购、组织材料， 材料的标准性不强， 施工质量不易保证。所需工期：5～7d 。

（3）方案三：将破碎的导向轮基础及断裂的钢筋砼梁全部清除， 利用钢结构梁框格作为导向轮基础， 其下部采用组合钢柱将一部分荷载传至下一层结构的做法。钢筋砼梁、板按原设计进行表面恢复。施工情况：将原破损的混凝土全部拆除， 考虑前期交叉作业， 缩短时间， 施工工序少， 容易组织，施工方便快捷可靠性好， 避免了施工缝处理的缺陷， 有良好的耐久性， 减轻了结构自重。所需工期：5d 。经过补强加固方案的比较分析， 方案三最优。即利用钢结构与钢筋砼结构的承载转换技术恢复受损钢筋砼结构的使用功能。

2、加固补强设计方案

根据现场的情况， 将破碎后的导向轮砼基础清除及断裂的钢筋混凝土梁、板表面修复后，在+42.6m标高的梁板层上， 沿原设计的L3的位置设置两道钢制组合次梁， 作为导向轮的设备支座，经设计验算确定尺寸为：宽450mm、高595mm、长3400mm，具体见图2，其端部支承在主钢梁上；沿原破坏的L2钢筋混凝土梁方向设置两道钢制主梁， 经设计验算确定尺寸为：宽350mm、高595mm、长3600mm，在主梁的四个支座位置即钢筋混凝土梁的底面， 设置四根型钢组合柱， 每柱用两根32号槽钢组合焊接而成， 钢柱的下端座在下层平台+38.10m的钢筋砼梁上， 将上部组合钢梁承受的部分荷载传给下层， 以使八、九层共同受力，经验算此钢结构荷载安全可靠， 满足要求，如图。

3、施工方法

（1）钢柱、钢梁的加工。由于钢梁为组合钢梁， 柱为型钢组合柱；按照其设计尺寸及施工规程的要求， 在预留焊接收缩余量的情况下， 进行合理地下料、配料。采用枕木上架型钢和钢板的形式， 制作出每种构件的胎模， 随后在胎模上按照零件的编号逐步拼装， 拼装完成后， 经检验确认符合质量标准再进行连接施焊， 对每道焊缝质量， 随焊随检查， 不能出现不合格品， 考虑到焊缝的方向变化比较复杂， 设置一台简易起重架， 满足构件的翻身要求， 避免仰焊。在单个构件拼装、施焊连接完成后， 全部除锈，进行防腐涂装。

（2）构件的运输及就位安装。现场安装必须在井口全部封闭的条件下进行。将加工好的梁、柱运至现场后， 利用井塔内的桥式吊车通过现有安装洞口将钢构件运至各层的工作面， 在需安装的位置， 给出各构件的中心线及水平标高， 再在梁、柱的钢筋砼支承面上， 用砂轮机精心仔细地处理平整， 然后将梁吊至设计位置试安装，试安装后的构件与设备安装专业的施工配合检查，确认无误后， 开始最后固定组装。安装时， 应先安装钢柱。为保证钢柱与梁底面接触充分， 使钢柱真正起到支承作用。钢柱底座可用钢契型垫块， 支垫塞紧， 待钢柱安装牢固后， 再安装钢梁。最后的安装顺序是：构件起吊，在砼及钢梁、柱支承面上， 涂满、涂匀粘钢结构胶，就位、固定钢梁、钢柱，连接紧固，连接部位的防腐涂装处理。构件安装完成后， 待设备安装和生产运行后， 再进行两次钢梁、柱及相应部位的钢筋砼构件的检查。

4、实施的效果

（1）此补救加固恢复工程， 从施工准备到全部交工， 安装工期为4 .5d ， 满足了使用方5d 工期的要求。与采用钢砼材料按原设计进行恢复的方案相比至少可抢出10d 工期提前交付使用， 仅此可挽回生产损失近800万元。

（2）加固效果较理想， 采用钢梁支承导向轮， 并用钢柱支承钢梁， 使钢梁的荷载通过钢柱部分传递给八层结构大梁， 使其结构受力状态更可靠。

（3）与用钢筋砼加固补救的方法相比， 避免了后期拆除模板、架子系统与安装、生产的交叉， 及由此而带来的施工困难和潜在的危险环境， 做到了安全生产、安全施工。

（4）经过一年的生产使用， 未出现任何异常现象， 新增结构部分工作状态良好， 较好地满足了使用功能， 达到了预期的目的。

参考文献：

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[4]周白霞，宋瑞明.高温下钢筋混凝土构件失稳研究[J].消防科学与技术，2012，28（9）：63.

作者简介：

王淑成，山东信诚建筑规划设计有限公司，山东东营。