不满足局部稳定性钢管临时墩加固探讨

摘要：钢结构现已广泛应用于工程建筑，由于设计、施工及材料采购不当，材料质量不符合规范要求，使得后期使用过程中不满足局部稳定性要求。本文以某钢桁梁桥拼装横移过程中钢管临时墩为研究对象，考虑基础影响、成本及工期因素对三种加固方案进行比较，得出不同因素影响下钢管临时墩加固方案，对今后工程有很好的借鉴作用。

Abstract： Steel structure has been widely used in engineering construction. Because the design， construction and material procurement are inappropriate， material quality does not meet the requirements， the steel structure can′t meet the requirements of local stability in the latter part of the process. This paper takes the temporary pier of steel tube in assembling and transferring of a steel truss girder bridge as the research object to consider the foundation effect， cost and time factors to compare the three kinds of reinforcement schemes. The reinforcement scheme of temporary pier in different factors is found， which has good reference for future engineering.

关键词：钢管临时墩；局部稳定性；加固

Key words： temporary pier of steel tube；local stability；reinforcement

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0226-02

0 引言

圆钢管作为受压柱在工程中广泛应用，作为受压柱时，其空心截面的特点可以增大回转半径，保证其整体稳定性能，但增大回转半径的同时会造成钢管壁的径厚比增大，不利于保证其局部稳定性。圆钢管柱的整体稳定分析可以按照常规受压柱的稳定性理论分析，而其局部稳定性分析则需要考虑《钢结构设计规范》（GB50017-2014）规定：7.3.1实腹轴压构件要求不出现局部失稳，其板宽厚比应符合下列规定：圆管压杆的外径与壁厚之比不应超过100εk2（其中εk为钢号修正系数，其值为235与钢材牌号比值的平方根）。由于设计、施工及材料采购不当，材料质量不符合规范要求，使得钢结构在后期使用过程中不满足局部稳定性要求，而又不易更换时，需要对现有结构进行加固，以满足使用要求。文章以某钢桁梁拼装横移过程中不满足局部稳定性要求的钢管临时墩为研究对象，提出三种加固方案，并针对不同影响因素对所提方案进行对比，为今后类似工程问题提供理论基础。

1 工程概况

某钢桁梁拼装横移过程中滑道梁下钢管临时墩立柱采用？准1500×14钢管，连接系采用？准476×6和？准800×10钢管，钢管材料均采用Q235B钢材，钢管临时墩的构造如图1所示。滑道梁钢管临时墩单一立柱下均布设一根桩径1.5m，桩长58m的钻孔桩。

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2014）7.3.1实腹轴压构件要求不出现局部失稳，其板宽厚比应符合下列规定：圆管压杆的外径与壁厚之比不应超过100εk2。εk――钢号修正系数，其值为235与钢材牌号比值的平方根。

钢管临时墩立柱钢管采用Q235B钢材，按照实际钢管临时墩立柱截面尺寸？准1500×14，计算为：

2 加固方案

2.1 加固方案

方案一 给钢管临时墩立柱中灌注C30混凝土（如图2所示），混凝土浇筑后务必确保密实，使得钢管临时墩立柱与混凝同受力。

方案二 在钢管临时墩立柱外包2mm与钢管材料一致钢材，在外包钢材与原立柱中间利用压力胶使其形成一个整体（如图3）。

方案三 利用工字钢及钢板沿钢管临时墩立柱自上而下间隔焊接一周（如图4所示。其中I25a与钢管之间采用hf=8mm间断角焊缝，焊150mm，间隔焊150mm；J2与I25a及钢管之间采用hf=6mm连续角焊缝，间隔2.5m布置一道。

2.2 钢管临时墩立柱受力分析

考虑到钢管临时墩轴压受力，建立钢管临时墩立柱有限元模型进行三种加固方案与原受力分析，受力分析见表1。

从表1可以看出荷载作用下三种加固方案及加固前钢管临时墩立柱所受应力均小于Q235B钢材的容许轴向应力135MPa，故钢管立柱的强度符合要求，且加固方案三在强度方面加固效果明显。

3 方案比选

分别就加固后额外增加自重荷载对基础承载能力的影响、加固费用及加固工期三个方面对三种加固方案进行比选。

3.1 加固后自重对基础承载能力的影响

按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）6.2.2节规定，钻孔灌注桩按摩擦桩计算时，其单桩轴向受压承载力计算公式如下：

计算单桩在原有结构下承受轴向力为4812kN，则单桩轴向承载能力富裕值为938kN。

采用加固方案一时单桩额外承受1063kN力，已超出单桩轴向承载能力。采用加固方案二时单桩额外承受18.3kN力，满足单桩轴向承载能力。采用加固方案三时单桩额外承受145.2kN力，满足单桩轴向承载能力。可见方案一不满足单桩轴向承载能力。方案二对单桩轴向承载能力影响最小。

3.2 加固费用

考虑混凝土与钢材的价格，通过调查市场价格，可得出加固方案一最节省费用，加固方案二次之，加固方案三加固费用最高。

3.3 加固工期

通过联系具有类似加固经验的施工队伍，方案一加固工期为4天，方案二加固工期为2个月，方案三加固工期为20天。考虑三种影响因素对加固方案选择的影响，现将对比结果列于表2中。

综上所述，鉴于加固方案一不满足加固后自重对基础承载能力影响，将方案一排除，如果在不赶工期的情况下选择加固方案二较合理；赶工期则选择方案三较合理。

4 结论

以某一钢桁梁拼装横移时不满足轴压钢管结构局部稳定性钢管临时墩为例，提出三种加固方案，并对加固后钢管临时墩受力及考虑加固后自重对基础承载能力影响、加固费用和加固工期对三种方案进行比选。得出在不赶工期的情况下选择加固方案二较合理；赶工期则选择方案三较合理。同时为今后工程中遇到类似问题给予借鉴作用。

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