李俊 李家发
安徽海螺建材设计研究院有限责任公司 安徽省 芜湖市 241070
摘要：输送栈桥作为水泥厂的主要物料输送通道，输送栈桥大多采用钢筋混凝土或钢柱，上设桁架或钢梁。在国家对水泥厂产能宏观控制的背景下，水泥厂的环保节能及能力提升改造已成为大趋势，改造需增加荷载，原有桁架杆件强度已不能满足生产的需要，对原有结构进行改造加固已是摆在行业面前的一道难题，本文利用池州海螺熔剂灰岩项目，和大家分享一下水泥厂输送栈桥改造及加固的经验。
关键词：输送栈桥，改造加固，钢桁架，原结构，杆件强度
1、前言：
输送栈桥作为水泥厂的主要物料输送通道，输送物料从一个车间到另一个车间，使水泥厂数十个独立的生产车间形成完备的水泥生产系统，是水泥厂的重要组成部分。输送栈桥大多采用钢筋混凝土或钢柱，上设桁架或钢梁，作为物料输送皮带及斜槽的纵向承重结构，兼顾人员巡检通行功能。在国家对水泥厂产能宏观调控的背景下，新建水泥厂时代已一去不复返，水泥厂的环保节能及能力提升改造已成为大趋势，但栈桥在长期使用过程中，由于生产环境的侵蚀，栈桥结构自身的承载能力逐年下降，再加上改造增加荷载，原有桁架杆件强度已不能满足生产的需要，对原有结构进行改造加固已是摆在行业面前的一道难题，特别是在正常生产状态下对栈桥的改造加固。
本文利用池州海螺熔剂灰岩项目，和大家分享一下水泥厂输送栈桥改造及加固的经验。本项目是海螺集团投资的大型熔剂灰岩项目，年产500万吨熔剂灰岩 ，项目从矿山至厂区到码头，输送栈桥长约11km，新增输送栈桥利用池州海螺原有输送栈桥改造而成，从升金湖国家级保护实验区的边缘穿过，根据保护区要求，“不能破坏现有植被，利用原有结构建造”，原结构为2002年建造，使用环境恶劣，结构老化严重，须对原结构复核、加固。
本输送栈桥的改造形式主要有三种，改造情况如下。
一、利用栈桥支架，加高新增一条输送栈桥
1、改造内容:
原有输送栈桥为混凝土支架，间距约为12米，预制混凝土梁，上铺预制混凝土板。支架为2柱混凝土排架，独立柱基础，柱间距为5.2米，柱截面0.5米X0.5米，支架高度约4米至8米不等，纵向承重构件为4根约12米跨度预制梁，与支架梁简支连接，走道面为预制走道板，板面宽度为6米，两边外侧各悬挑0.4米，走道面布置2条物料输送皮带。本次改造在原输送栈桥顶部增加一条输送皮带，不能新增柱，走道宽度不小于3.5米，原栈桥及新增栈桥要封闭。
新增输送皮带利用原有栈桥支架，加设纵向承重的钢桁架，由于原走道板是两边向外悬挑约0.4米，原柱无法直接加高，也无法直接支承新增桁架，需在原支架柱两侧利用植筋新增钢牛腿外挑，用于支承顶部新增钢桁架结构，新增皮带机放置在新增桁架上翼缘上，采用压型钢板内设吸音棉对皮带机顶部及侧面进行封闭，为了减轻荷载，新增结构均采用钢结构。
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经计算，新增结构及设备在每个牛腿位置新增的荷载约250 KN，新增桁架高度为2.5米，桁架顶部封闭高度为2.5，新增迎风面高度合计为5米，将新加荷载与原有荷载叠加后对原支架结构及基础进行复核。
2、计算条件:
1）、原支架混凝土强度为C25，经对原支架结构鉴定，原结构大部分强度能达到C25,支架计算按C25进行计算，部分不满足的另行加固处理；
2）、为保证安全，结构使用年限按50年；
3）、抗震设防烈度:6度；基本地震加速度: 0.05g；地震分组:第1组；
4）、基本风压:Wo=0.40kN/m2； 5）、基本雪压:So=0.35kN/m2；
6）、积灰荷载：0.5KN/M2； 7）、走道面活荷载：2.0KN/M2；
8)、地基承载力:查原设计地勘报告，第2层粘土层的承载力特征值为fak>=300kPa，修正后的承载力特征值fa>=342kPa；
3、支架复核:
采用PKPM计算软件，对原支架按排架结构进行复核。
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抗震最大轴压： N=630.07，轴压比=0.211，满足要求；
位移计算：地震作用下支架顶部最大位移=4.58，位移比= 0.1145/150＜1/150，满足要求；
经复核，原混凝土满足承载要求，计算钢筋小于原柱配筋，满足改造加载要求。
4、基础复核:
1)、地基承载验算：修正后承载力特征值: f a = 342.00kPa
轴压验算: pk =239.00 kPa≤ fa = 342.00kPa,满足要求
偏压验算:pkmax =392.75 kPa≤ 1.2fa = 1.2×342.00 = 410.40kPa
满足要求，考虑多年加载对地基承载力的提高，有一定的安全度。
2）、截面进行冲切验算：
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3）、受弯计算:
计算结果: X方向计算配置钢筋: B12@170
Y方向计算配置钢筋: B12@200
实配钢筋：X、Y方向实际配置钢筋: B14@150，验算满足.
5、结构改造加固:
经计算复核，原支架及基础满足新增输送栈桥及设备的荷载要求，可以进行改造设计。
在柱外侧化学植筋增加埋件，焊接钢牛腿，如外挑较小，仅做钢牛腿即可，新增桁架外挑较大，可以将柱侧钢牛腿改改三角撑。
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6、注意事项:
1）、由于是对既有结构的改造，改造前须对原机构进行必要的鉴定，并根据鉴定结果，将新、老结构作为整体进行计算复核，确保原结构的安全；
2）、新加结构尽量采用轻质结构；
3）、柱侧新增的牛腿是本方案最重要的节点，受力集中，必须进行精细的计算，并做好必要的构造措施；
4）、本方案采用了较多的植筋，原结构断面有限，且位于原结构的梁柱节点区域，钢筋密集，植筋间距不能太小，为减少植筋数量可适当加大锚筋直径，并在施工时候防止对原结构钢筋及混凝土的损坏；植筋锚固长度不足时须增加植筋数量，尽量减小受拉钢筋的数量，采用从侧面增加抗剪钢筋，增强结构的安全度；施工完后必须按规范对锚筋质量进行检测；
5）、牛腿设计的时候可利用原有栈桥的柱脚埋件，将新增牛腿焊接在一起，如柱头混凝土质量较差，可将柱头用钢板进行抱箍，加强结构的安全性；
二、利用栈桥桁架，通过荷载置换进行加固改造
1、改造内容:
原有输送栈桥为混凝土支架，纵向承重构件为下沉式钢桁架，跨度18米至30米不等，上铺预制混凝土板，原输送栈桥上有输送皮带，改造要求提高皮带的运行能力，皮带支腿荷载由18KN/对增加到26kN/对，输送走道面宽度由3.3米加宽到3.8米，同时考虑对改造后的输送栈桥进行环保封闭，经复核，原桁架杆件不满足改造承载要求。
原输送预制混凝土走道板平均厚度约50mm，加粉刷及防滑设施，混凝土厚度约有70mm厚，均布走道面均布恒荷载约1.75KN/平米。拟将原混凝土走道板拆除，更换为钢走道，用钢结构将栈桥封闭。经测算新增设备、钢走道及封闭总荷载约1.7 KN/平米，按更换后的荷载对原桁架进行复核计算。
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2、计算条件: 同<改造形式一>；
3、支架及基础复核: 计算方式同<改造形式一>，经计算满足改造要求；
4、计算复核:
经现场检测，原结构钢桁架维护较好，仅有轻微的锈蚀，杆件厚度没有减小，因此按原图纸桁架断面进行复核，经计算桁架应力比未超限，满足改造要求。
5、注意事项:
1）、由于是对既有结构的改造，改造前须对原机构进行必要的鉴定，并根据鉴定结果，将新、老结构作为整体进行计算复核，确保原结构的安全；
2）、新加结构尽量采用轻质结构；
3）、本方案的主要受力结构是原桁架，由于使用环境比较恶劣，容易有锈蚀等情况，须对原桁架认真检查，特别是节点及容易积灰的部位，确保桁架没有质量问题，加固后要对桁架进行彻底除锈防腐；
三、利用栈桥桁架，对原桁架进行加固改造
1、改造内容:
本方案的原结构形式与改造内容基本与同<改造形式二>相似，但由于新加荷载比较大，或是原结构锈蚀比较严重，结构断面有一定的削弱，如按<改造形式二>方式改造，在对原桁架复核发现原桁架计算时，桁架的下弦、及腹板杆件，无法满足承载力要求，无法采用改造形式二的形式进行改造，必须对杆件进行现场加固，加固采用的方法是在桁架上新增型钢，形成组合截面共同受力。
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通过在原有桁架上增加杆件，使得原有桁架强度大幅提高，很好的解决了桁架由于腐蚀、封闭等增加荷载，部分杆件受力不足的问题。以此种方法加固后的桁架，安全度有了很大提高，满足了生产需求；
2、计算条件: 同<改造形式一>；
3、支架及基础复核: 计算方式同<改造形式一>，经计算满足改造要求；
4、计算复核:
采用Midas软件进行分析，
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由于本加固是采用叠合构件的桁架，无法采用PKPM软件进行计算分析，经采用有限元软件计算，原杆件及新加杆件应力满足规范要求，考虑原杆件的锈蚀引起的断面损失，应力不宜太高，本计算最大应力为168.4，有一定的安全度。
三、结束语
本研究本在近年输送环保改造及水泥厂产能提升改造的基础上，对改造进行系统的总结、提炼，通过研究，对改造做法的进行了检验、优化和提升，较大的提升了输送改造加固的水平，较好的的指导了池州溶剂项目的改造设计，解决了项目因廊道征地困难、征地及环保报批、建设工期不受控等问题，使得项目10个月顺利建成投产，早投产一天创造约40万元经济效益，取得了较高经济和社会效益。此做法在现有廊道正产生产运行的基础上进行加固改造，不仅加固了已有廊道，同时对廊道进行了噪音和粉尘治理，避免了施工对生产运行的影响。由于利用原有廊道改造，减少征地17亩，同时节约基础费用约2300万元。
参考文献:
[1]赵蕾《既有红黏土地基压密固结效应研究》科学技术与工程，2016.1第二期