本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)安全評估領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評估主要采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)計(jì)算公式：其中，R代表結(jié)構(gòu)的抗力，S代表荷載作用，而γR和γS分別為抗力和作用的分項(xiàng)系數(shù)。

荷載作用S的數(shù)值，對于簡單結(jié)構(gòu)可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)算得，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)則依靠有限元方法計(jì)算。結(jié)構(gòu)的抗力R則先通過設(shè)計(jì)圖紙確定所驗(yàn)算結(jié)構(gòu)所采用的建筑材料，再查找設(shè)計(jì)規(guī)范中的對應(yīng)表格來確定。γR和γS也是依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范直接查表確定得到的。然而，目前管廊結(jié)構(gòu)雖然在各化工園區(qū)大量興建，有關(guān)部門卻并未組織對管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的編制工作。如采用現(xiàn)行其他鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范評估公共管廊的安全性，則主要存在兩個(gè)缺點(diǎn):無法描述銹蝕以及施工缺陷對結(jié)構(gòu)的影響，也不能反映管廊結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對化工管廊結(jié)構(gòu)安全性，進(jìn)行有效檢測評估的同時(shí)，考慮銹蝕影響和施工質(zhì)量影響。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

一種化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法，包括：

針對銹蝕的管廊構(gòu)件，測量其銹蝕后的剩余厚度D1；

針對對接焊縫存在缺陷的管廊構(gòu)件，采用超聲波探傷測定對接焊縫的有效融透深度；計(jì)算設(shè)計(jì)板厚H和實(shí)際融透深度之比γ_w；

調(diào)查管廊所在環(huán)境的腐蝕影響參數(shù)，并計(jì)算腐蝕厚度損傷：D＝ATⁿ；其中，T為銹蝕時(shí)間，A為管廊結(jié)構(gòu)第一年的銹蝕損傷，A＝0.031+∑A_iX_i；n＝-0.079+∑n_iX_i，X_i表示銹蝕影響參數(shù)，包括環(huán)境影響參數(shù)和材料影響參數(shù)，A_i表示A與銹蝕影響參數(shù)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，n為銹蝕公式的擬合參數(shù)，n_i表示n與銹蝕影響參數(shù)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；

計(jì)算總銹蝕損傷D2＝(H-D1)+D；

計(jì)算銹蝕影響分項(xiàng)系數(shù)γ_c＝H/(H-D2)；

采用梁單元建立管廊結(jié)構(gòu)的有限元模型，并根據(jù)有限元模型算出管廊各構(gòu)件的彎矩、軸力、剪力；

將有限元計(jì)算得到的斜撐的內(nèi)力值乘以γ₀γ₁γ_cγ_w計(jì)算應(yīng)力，對管廊結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，其中，γ₀為結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)，γ₁為荷載分項(xiàng)系數(shù)；

將受壓斜撐的內(nèi)力值乘以γ₀γ₁γ_w計(jì)算應(yīng)力，對該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。

在上述的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法中，所述的剩余厚度D1以銹蝕最嚴(yán)重位置的測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

在上述的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法中，所述的管廊所在環(huán)境的腐蝕影響參數(shù)的調(diào)查工作，包括：

采集管廊構(gòu)件不同位置的雨水，化驗(yàn)并換算得到各腐蝕有害化學(xué)物質(zhì)在管廊結(jié)構(gòu)單位面積上的日均沉降量；

測量并計(jì)算管廊的年均氣溫；

測量并計(jì)算管廊的濕度；

確定管廊所在地的年降雨量、年均日照時(shí)數(shù)。

在上述的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法中，所述的Xi分別為：年均相對濕度、年均溫度、氯離子沉積速率、二氧化硫沉積速率、降雨量×日照時(shí)間，以及銅、錳、硅、磷、硫、鎳、鉬、碳分別在鋼中的含量。

在上述的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法中，結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)γ₀取為1.1，荷載分項(xiàng)系數(shù)γ₁取為1.2。

在上述的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法中，計(jì)算銹蝕影響分項(xiàng)系數(shù)γc之后，分析化工管道中氣錘力對管廊的作用，計(jì)算其氣錘力：

其中，△P為水錘引起的瞬時(shí)壓力變化值；△V為流速的瞬間變化量；ρ為發(fā)生水錘前的流體密度；α為水錘傳播的波速；K為液體的體積彈性模量；δ為管道的壁厚；E為管材的彈性模量；D_i為管子的內(nèi)徑。

在上述的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法中，所述的有限元模型中，

各桿件梁單元的幾何特征參數(shù)由該桿件的截面形狀計(jì)算確定；

各梁單元的節(jié)點(diǎn)設(shè)置在實(shí)際結(jié)構(gòu)相交的交點(diǎn)處；

將設(shè)置在管廊上的化工物料管道等代成對應(yīng)的荷載加載在管廊結(jié)構(gòu)的支撐節(jié)點(diǎn)處；

在化工管道閥門附近直接支撐管道的管廊結(jié)構(gòu)上施加一個(gè)平行于化工管道方向的水錘荷載；

將檢修道、電氣纜線和其他輔助設(shè)備也換算為豎直向下的荷載加載在有限元模型上；

管廊結(jié)構(gòu)間，豎直和水平的桿件均采用端部固結(jié)相聯(lián)系，考慮到管廊斜撐構(gòu)件焊接質(zhì)量較差，應(yīng)分別按固結(jié)和鉸接兩種形式進(jìn)行建模；

所述的斜撐的內(nèi)力值取固結(jié)和鉸接兩種約束條件下算得的更大的那個(gè)結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過有效合理的檢測、計(jì)算步驟，能夠在管廊結(jié)構(gòu)安全評估中考慮環(huán)境對鋼構(gòu)件的銹蝕影響以及施工質(zhì)量等的影響，極大地增強(qiáng)了實(shí)用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

請參閱圖1，本發(fā)明的化工管廊結(jié)構(gòu)安全性的檢測評估方法，包括下列步驟：

一、收集管廊結(jié)構(gòu)的資料，包括材料信息、各金屬構(gòu)件的規(guī)格尺寸、各構(gòu)件的安裝順序和連接方法、管廊承載化工物料管道的荷載信息。

二、對管廊進(jìn)行檢測，具體包括：

a)當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件銹蝕時(shí)，采用游標(biāo)卡尺測量構(gòu)件銹蝕后的剩余厚度D1。以銹蝕最嚴(yán)重位置的測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

b)當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的對接焊縫存在缺陷時(shí)，采用超聲波探傷確定對接焊縫的有效融透深度。根據(jù)設(shè)計(jì)板厚H與實(shí)際融透深度之比計(jì)算γ_w。

c)當(dāng)發(fā)現(xiàn)桁架存在下?lián)献冃螘r(shí)，采用全站儀測量桁架各節(jié)點(diǎn)的新位置。

d)采用鋼尺與游標(biāo)卡尺復(fù)核所有管廊構(gòu)件的尺寸，對圖紙數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核。

三、調(diào)查管廊所在環(huán)境的腐蝕影響參數(shù)，并計(jì)算和預(yù)測腐蝕量。

a)在管廊構(gòu)件上不同位置設(shè)置雨水采集瓶(可用洗干凈的塑料瓶代替)，采集雨水，通過化驗(yàn)確定采集瓶中各腐蝕有害化學(xué)物質(zhì)的含量(主要檢測Cl^-、SO4^2-、NO^3-)，換算得到管廊結(jié)構(gòu)單位面積日均各腐蝕有害化學(xué)物質(zhì)在的沉降量。

b)在管廊上安裝溫度計(jì)或相應(yīng)的自動(dòng)溫度記錄設(shè)備，記錄氣溫并統(tǒng)計(jì)管廊的年均氣溫。

c)在管廊上安裝濕度計(jì)，測量管廊環(huán)境的濕度。

d)調(diào)查周邊氣象站的資料，確定管廊所在地的年降雨量、年均日照時(shí)數(shù)。

e)計(jì)算并預(yù)測管廊構(gòu)件在一段時(shí)間后的銹蝕程度。

計(jì)算腐蝕厚度損傷：D＝ATⁿ；

其中，T為銹蝕時(shí)間，建議取為10年；A為管廊結(jié)構(gòu)第一年的銹蝕損傷，A＝0.031+∑A_iX_i；n＝-0.079+∑n_iX_i，X_i表示銹蝕影響參數(shù)，包括環(huán)境影響參數(shù)和材料影響參數(shù)，A_i表示A與銹蝕影響參數(shù)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，n為銹蝕公式的擬合參數(shù)，n_i表示n與銹蝕影響參數(shù)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；

上述各參數(shù)按下表1取值：

表1

f)以當(dāng)前實(shí)測的板厚銹蝕損失以及預(yù)測的管廊構(gòu)件今后可能出現(xiàn)的板厚銹蝕損傷疊加，作為構(gòu)件的總銹蝕損傷。即：計(jì)算總銹蝕損傷D2＝(H-D1)+D；

根據(jù)管廊構(gòu)件設(shè)計(jì)板厚與減去總銹蝕損傷后的剩余板厚之比得到銹蝕影響分項(xiàng)系數(shù)γ_c。即：計(jì)算銹蝕影響分項(xiàng)系數(shù)γ_c＝H/(H-D2)。

四，分析化工管道中氣錘力對管廊的作用，計(jì)算其氣錘力。

式中，△P為水錘引起的瞬時(shí)壓力變化值，MPa；△V為流速的瞬間變化量，m/s；ρ為發(fā)生水錘前的流體密度，t/m3；α為水錘傳播的波速，m/s；K為液體的體積彈性模量，MPa；δ為管道的壁厚，cm；E為管材的彈性模量，MPa；D為管子的內(nèi)徑，cm。

五、采用梁單元建立管廊結(jié)構(gòu)的有限元模型，并根據(jù)有限元模型算出管廊各構(gòu)件的彎矩、軸力、剪力。其中，有限元模型中：

各桿件梁單元的幾何特征參數(shù)由該桿件的截面形狀計(jì)算確定；

各梁單元的節(jié)點(diǎn)設(shè)置在實(shí)際結(jié)構(gòu)相交的交點(diǎn)處；

將設(shè)置在管廊上的化工物料管道等代成對應(yīng)的荷載加載在管廊結(jié)構(gòu)的支撐節(jié)點(diǎn)處；

在化工管道閥門附近直接支撐管道的管廊結(jié)構(gòu)上施加一個(gè)平行于化工管道方向的水錘荷載；

將檢修道、電氣纜線和其他輔助設(shè)備也換算為豎直向下的荷載加載在有限元模型上；

管廊結(jié)構(gòu)間，豎直和水平的桿件均采用端部固結(jié)相聯(lián)系，考慮到管廊斜撐構(gòu)件焊接質(zhì)量較差，應(yīng)分別按固結(jié)和鉸接兩種形式進(jìn)行建模；

所述的斜撐的內(nèi)力值取固結(jié)和鉸接兩種約束條件下算得的更大的那個(gè)結(jié)果。

六、對結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，包括：

a)取結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)γ0取為1.1，荷載分項(xiàng)系數(shù)γ1取為1.2。

b)驗(yàn)算強(qiáng)度時(shí)，將有限元算得的斜撐的內(nèi)力值乘以γ₀γ₁γ_cγ_w計(jì)算應(yīng)力(由內(nèi)力計(jì)算應(yīng)力的方法參見相關(guān)材料力學(xué)理論，不作為申報(bào)內(nèi)容)，構(gòu)件的抗力根據(jù)現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中材料部分章節(jié)提供的數(shù)據(jù)取值；

c)驗(yàn)算穩(wěn)定時(shí)，僅驗(yàn)算受壓構(gòu)件，且考慮到銹蝕分布的不均勻性，認(rèn)為銹蝕對構(gòu)件的穩(wěn)定沒有影響，因此將受壓斜撐的內(nèi)力值乘以γ₀γ₁γ_w計(jì)算應(yīng)力，構(gòu)件的抗力按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中穩(wěn)定計(jì)算相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。

以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。