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鋼板倉(cāng)支架倒塌原因探討

文檔作者：郭子鵬章龍洪松胡泊劉躍東文檔來(lái)源：蘇州華碧司法鑒定所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月21日
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電子質(zhì)量（2016 第11 期）
項(xiàng)目
支柱用鋼檢測(cè)結(jié)果(mm) 棧橋用鋼檢測(cè)結(jié)果(mm)
結(jié)果判定
設(shè)計(jì)值實(shí)測(cè)值設(shè)計(jì)值實(shí)測(cè)值
6# 角鋼63*63*5 63*63*5 63*63*5 63*63*5 符合
上H 型鋼200*200*8*12 200*200*8*12 / / 符合
下H 型鋼250*250*9*14 250*250*9*14 / / 符合
12# 槽鋼120*53*9(平均) 120*53*9(平均) 120*53*9(平均) 120*53*9(平均) 符合
8# 角鋼80*80*8 80*80*8 / / 符合
H 型鋼/ / 148*100*6*9 148*100*6*9 符合
表1 糧倉(cāng)支架鋼結(jié)構(gòu)主要用鋼測(cè)量結(jié)果
作者簡(jiǎn)介：郭子鵬(1986-)，男，助理工程師，本科，從事財(cái)產(chǎn)損失鑒定、評(píng)估，失效分析。
0 前言
受臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的影響，江蘇省某公司的五座糧倉(cāng)支
架發(fā)生倒塌事故。針對(duì)糧倉(cāng)支架倒塌存在的問(wèn)題，采用
有限元建模分析其力學(xué)性能確定桁架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否
符合設(shè)計(jì)要求；通過(guò)焊接缺欠分析確定糧倉(cāng)支架是否符
合安裝要求；通過(guò)對(duì)糧倉(cāng)預(yù)埋筋< 植埋筋> 成分檢測(cè)確
定其化學(xué)成分是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求；通過(guò)斷口分析確定斷
口類(lèi)型為原因分析提供參考。
1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
四座支架由四塊錨板支持，每塊錨板由八根預(yù)埋鋼
筋支撐，四座糧倉(cāng)支架倒塌位于錨板處。一座支架四塊
分別與預(yù)埋鋼筋相分離，分離點(diǎn)位于焊接處，其他三座
支架預(yù)埋筋與錨板連接。通過(guò)對(duì)四座糧食筒倉(cāng)支架的西
側(cè)第一基座、西側(cè)第三基座預(yù)埋鋼筋檢查，每個(gè)基座下
方4 根預(yù)埋鋼筋與4 根植埋鋼筋組成，對(duì)4 根預(yù)埋鋼筋
和4 根植埋鋼筋尺寸進(jìn)行測(cè)量。
1.1 尺寸測(cè)量
對(duì)糧倉(cāng)支架鋼結(jié)構(gòu)主要用鋼、糧倉(cāng)支架基座及糧食
筒倉(cāng)支架鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1～表3
所示。
鋼板倉(cāng)支架倒塌原因探討
Discussion on the Cause of Steel Plate Bracket Collapsing
郭子鵬,章龍,洪松,胡泊,劉躍東（蘇州華碧司法鑒定所,江蘇蘇州215000）
Guo Zi-peng,Zhang Long,Hong Song,Hu Bo,Liu Yue-dong(Soochow FALAB Judicial Authenticators,
Jiangsu Suzhou 215000）
摘要：通過(guò)對(duì)鋼板倉(cāng)支架鋼結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量、成分分析、斷口分析及有限元分析，發(fā)現(xiàn)鋼板倉(cāng)支架達(dá)不到設(shè)
計(jì)要求并且焊接存在缺欠，從而得出鋼板倉(cāng)支架倒塌原因。
關(guān)鍵詞：鋼板倉(cāng)支架；焊接缺欠；有限元分析；成分分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-0107(2016)11-0019-05
Abstract: Through the technical analysis of the measuring size,complexity analysis,fracture analysis,finite element
analysis,found the jointing failure and to be unable to achieve of designing requirements,to derive the
cause of steel plate bracket collapsing.
Key words: Steel plate bracket;Jointing failure;Finite element analysis;Complexity analysis
CLC number: TU391 Document code: A Article ID：1003-0107(2016)11-0019-05
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電子質(zhì)量（2016 第11 期）
表4 預(yù)埋筋< 植埋筋> 成分檢測(cè)結(jié)果
表3 糧倉(cāng)支架鋼結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量結(jié)果
表2 糧倉(cāng)支架基座測(cè)量結(jié)果
1.2 成分檢測(cè)
依據(jù)GB/T 4336-2002《碳素鋼和中低合金鋼火花源
原子發(fā)射光譜分析方法(常規(guī)法)》對(duì)預(yù)埋筋< 植埋筋>
進(jìn)行成分檢測(cè)，并依據(jù)GB 1499.2-2007《鋼筋混凝土用
鋼第2 部分：熱軋帶助鋼筋》中牌號(hào)HRB335 的化學(xué)成
分要求進(jìn)行判定，檢測(cè)結(jié)果如表4 所示。
項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果設(shè)計(jì)要求判定結(jié)果
第一基座西側(cè)(每塊錨板)
預(yù)埋筋4 個(gè)，直徑為18cm，
深度為50cm,無(wú)錨栓
預(yù)埋筋8 個(gè)，直徑20cm，深
度50cm，錨栓
不符合
第三基座西側(cè)(每塊錨板)
預(yù)埋筋4 個(gè)，直徑為18cm，
深度為50cm,無(wú)錨栓
預(yù)埋筋8 個(gè)，直徑20cm，深
度50cm，錨栓
不符合
項(xiàng)目長(zhǎng)度(mm) 寬度(mm) 高度(mm)
支柱
設(shè)計(jì)：2000
實(shí)測(cè)：2000
設(shè)計(jì)：1500
設(shè)計(jì)：1500
設(shè)計(jì)：33000
實(shí)測(cè)：/
棧橋
設(shè)計(jì)：30000*4
實(shí)測(cè)：30000
設(shè)計(jì)：2000
實(shí)測(cè)：2000
設(shè)計(jì)：1900
實(shí)測(cè)：1900
判定結(jié)果符合符合符合
項(xiàng)目
化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果< 質(zhì)量分?jǐn)?shù)%>
C Si Mn P S Ceq
測(cè)試1 值0.19 0.16 0.51 0.030 0.028 /
測(cè)試2 值0.19 0.16 0.50 0.031 0.027 /
測(cè)試3 值0.18 0.15 0.51 0.028 0.026 /
測(cè)試4 值0.22 0.17 0.54 0.032 0.030 /
測(cè)試5 值0.22 0.17 0.54 0.031 0.027 /
標(biāo)準(zhǔn)值≤0.25 ≤0.80 ≤1.60 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.52
判定符合符合符合符合符合/
1.3 斷口分析
根據(jù)GB/T 13298-1991《金屬顯微組織檢測(cè)方法》和
GB/T 13299-1991《鋼的顯微組織評(píng)定方法》對(duì)預(yù)埋筋進(jìn)
行金相和斷口分析，發(fā)現(xiàn)斷口處金相組織為網(wǎng)狀鐵素
體與塊狀珠光體，存在魏代組織結(jié)構(gòu)和熱影響區(qū)；斷口
表面存在明顯的切割痕跡和熔化痕跡(如圖1 和圖2 所
示)。
圖1 預(yù)埋筋10 倍斷口切割熔化痕跡
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電子質(zhì)量（2016 第11 期）
圖2 預(yù)埋筋100 倍顯微組織存在熱影響區(qū)
1.4 焊接分析
依據(jù)GB/T 6417.1-2005《金屬熔化焊接頭缺欠分類(lèi)
及說(shuō)明》第3 項(xiàng)3.1 條規(guī)定“在焊接接頭中因焊接產(chǎn)生
的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象”和“表1 中第
4 類(lèi)未熔合未焊透”的規(guī)定要求對(duì)錨筋和錨板的焊接處
進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)錨筋與錨板存在未熔合與未焊透的焊接
缺欠(如圖3 和圖4 所示)。
圖3 錨筋錨板切割前焊接未焊透現(xiàn)象
圖4 錨筋錨板切割后焊接未焊透現(xiàn)象
1.5 有限元分析
1.5.1 有限元分析模型的建立
在有限元分析軟件Hypermesh 中進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的
幾何建模，整個(gè)模型為線(xiàn)框結(jié)構(gòu)。構(gòu)件為標(biāo)準(zhǔn)型鋼，采用
梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模，并根據(jù)圖紙要求，為其賦予不同的梁
截面屬性；大量桿梁在構(gòu)造中屬于鉸接的，在建模時(shí)采
用耦合相應(yīng)節(jié)點(diǎn)平動(dòng)自由度的方式加以實(shí)現(xiàn)[1]；結(jié)構(gòu)基
座部分，采用混凝土材料模型，同時(shí)錨固鋼筋與底板焊
接，錨固鋼筋插入混凝土基座中，采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。
載荷工況的建立：重力場(chǎng)下，將風(fēng)載施加于對(duì)應(yīng)迎
風(fēng)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上，將運(yùn)行時(shí)的動(dòng)載荷施加于運(yùn)輸通道路
徑上的節(jié)點(diǎn)，約束混凝土結(jié)構(gòu)邊界。
1.5.2 鋼結(jié)構(gòu)的有限元分析模型
根據(jù)條件建立的有限元分析模型及局部位置處理，
如圖5 所示。
(a)
(b)
圖5 有限元分析模型圖
1.5.3 鋼結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果
(1)鋼倉(cāng)混凝土基礎(chǔ)理想情況下
結(jié)構(gòu)在三種載荷作用下的應(yīng)力云圖如圖6 所示。
21
電子質(zhì)量（2016 第11 期）
(a)
(b)
圖6 三種載荷作用下的應(yīng)力云圖
該工況下結(jié)構(gòu)主體部分最大應(yīng)力為23.37MPa，遠(yuǎn)
小于Q235B 的材料屈服強(qiáng)度235MPa，其中基座鋼筋最
大應(yīng)力為10.52MPa，遠(yuǎn)小于HRB335 的屈服極限335MPa，
整體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
(2)鋼倉(cāng)混凝土基礎(chǔ)存在缺陷情況下
該種工況考慮主要承力的第三或第四支柱的混凝
土基礎(chǔ)，即一塊混凝土基礎(chǔ)上的鋼筋和混凝土結(jié)合不緊
密。應(yīng)力云圖如圖7 所示。
(a)
(b)
圖7 存在缺陷的應(yīng)力云圖
該工況(第四支柱的四個(gè)角的其中一個(gè)角混凝土與
鋼筋結(jié)合不緊密)下，鋼筋的最大應(yīng)力為197MPa，鋼筋
的受力增長(zhǎng)迅速，受力情況變得惡劣，進(jìn)一步加劇其他
支柱混凝土基礎(chǔ)受力情況，其他支柱的鋼筋會(huì)掙脫混凝
土基礎(chǔ)的保護(hù)，最終導(dǎo)致鋼架倒塌。
2 結(jié)果分析
錨栓被大量應(yīng)用于鋼柱腳與混泥土的基礎(chǔ)連接，在
整個(gè)建筑安全扮演者關(guān)鍵零部件的角色，GB50728-2011
《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》(12.3.2)、
JG160《混凝土用膨脹型、擴(kuò)孔型建筑錨栓》等要求，在錨
栓拉力疲勞荷載性能、裂縫反復(fù)開(kāi)合性能、低周反復(fù)拉
力荷載性能、低周反復(fù)剪力荷載性能等要求。采用直接
張拉法施工時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨栓強(qiáng)度比傳統(tǒng)錨栓強(qiáng)度提供了
1.53 倍，目前施工時(shí)普遍采用預(yù)應(yīng)力錨栓柱腳設(shè)計(jì)[2]。本
案中工程施工時(shí)預(yù)埋筋達(dá)及錨栓均不符合設(shè)計(jì)要求，大
大減弱整個(gè)鋼倉(cāng)板結(jié)構(gòu)抗臺(tái)風(fēng)、抗震性能。
對(duì)預(yù)埋筋斷口進(jìn)行金相和斷口分析，發(fā)現(xiàn)斷口表面
存在明顯的切割痕跡和熔化痕跡，這一特征顯示，預(yù)埋
筋在斷裂后，存在人為線(xiàn)切割，對(duì)此斷口不做解讀。
預(yù)埋件的錨板因受拉力(含受彎曲作用引起的拉力)
而產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，使錨筋不單承受拉力，并還要承受
因錨板彎曲變形而引起的內(nèi)剪力。預(yù)埋件錨筋與錨板之
間的焊接是受力關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)，制作時(shí)應(yīng)與足夠
的重視，嚴(yán)格檢驗(yàn)制度，保證焊接質(zhì)量。當(dāng)錨筋錨板存在
未熔合與未焊透的焊接缺欠后，小的缺陷與不連續(xù)在使
用期間出現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)，最后達(dá)到臨界值，而發(fā)生斷裂[3]。
錨板受拉力與剪切力的共同作用，焊接存在缺欠的情況
下不能滿(mǎn)足該鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房力學(xué)性能的要求。
22
電子質(zhì)量（2016 第11 期）
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在鋼倉(cāng)混凝土基礎(chǔ)存在缺欠的情況下，對(duì)鋼板倉(cāng)支
架(在其中一個(gè)角混凝土與鋼筋結(jié)合不緊密)進(jìn)行有限元
模擬，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力云圖的變化，鋼筋的最大應(yīng)力為197MPa，
鋼筋的受力增長(zhǎng)迅速，受力情況變得惡劣，進(jìn)一步加劇
其他支柱混凝土基礎(chǔ)受力情況，其他支柱的鋼筋會(huì)掙脫
混凝土基礎(chǔ)的保護(hù)，最終導(dǎo)致鋼架倒塌。
3 結(jié)語(yǔ)
建造鋼板倉(cāng)支架廠(chǎng)房要保證鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量安
全，要充分了解倒塌的原因，并在源頭上杜絕事故的發(fā)
生，在建筑施工時(shí)需要嚴(yán)格按照施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)施工；
相關(guān)檢測(cè)部分也要履行職責(zé)，做好監(jiān)督，確保工程質(zhì)量
的安全。
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