一个工程事故分析研究

文/惠学斌 攀钢集团设计研究院有限公司 四川攀枝花 617000

1、引言

在工程建设中，往往发生工程事故，导致工程不能正常使用。发生工程事故的原因很多，有施工方面的原因、有设计方面的原因。本文仅讨论设计方面的原因，即力学计算方面的原因。工程事故设计原因无非是强度、刚度问题。强度问题就是结构强度不足或生产异常。强度问题产生的现象是，结构开裂、压酥、变形过大失去承载力、倒塌。刚度问题产生的现象是构件变形过大、破坏。到现场踏勘后发现结构没有问题，辅助的台阶发生变形和错位。经初步分析，该工程事故产生的原因是刚度不足，因此本工程仅讨论刚度问题。

2、工程概况

某工程原有皮带通廊长400m，由于卸料方式改变，工艺要求再把该皮带延长60m，见图1、图2。

新增皮带与原有皮带为一个系统，配重为130KN，动力系统在配重与新增皮带通廊之间。新增皮带运行2个月，发现“1处”的台阶梁弯曲变形，“2处”的台阶与原通廊错位数厘米。新增通廊的皮带尾轮偏离中心线160mm。新增皮带通廊支架见图3。

查原设计图，ZJ-1支架高度为19.15m，现场改为30.15m，其它支架高度见图1。ZJ-1支架基础原设计为桩基，现场改为板式基础。

3、支架刚度计算

支架刚度为支架顶端在单位水平力作用下（沿皮带方向）的刚度。

3.1 ZJ-1支架刚度K1计算：

ZJ-1支架的刚度K1由桁架刚度K11与非桁架刚度K12组成（见图3）。

桁架刚度K11为

式中I=0.9x2x2x164.4x102x(4.5/2)2x106=3.0x1011mm4

0.9为格构式柱刚度折减系数

将I、值代入式（1）得

非桁架刚度(K12)，指非桁架在水平力作用下（在支架顶端产生位移）的刚度(K121)与在弯矩作用下（在支架顶端产生位移）的刚度(K122)。

4、分析

经过上面众刚度的计算，对计算数据及因素分析如下：

4.1 非桁架对支架刚度的影响。不考虑非桁架影响的ZJ1支架刚度(K1b)为：

对照式(8)与式(16)，其结果差别不大。也就是说，非桁架对支架刚度几乎没影响。

4.2 支架高度对支架刚度的影响。从式(1)，(3)可以看出支架刚度与支架高度的三次方成反比。当支架高度超过一定高度后，共刚度以三次方的速度衰减。

4.3 构件的截面刚度对支架刚度的影响。从式(1)，(3)可以看出，支架刚度与构件的相应截面刚度成正比。

4.4 支架之间的刚度关系：

设计的支架刚度是实际支架刚度的4.05倍。当支架高度增加25%时，刚度只有原来一半，应该引起重视。

ZJ1支架刚度(现场实测支架刚度)是ZJ4支架刚度的2.3倍，ZJ1支架刚度是ZJ2、ZJ3支架刚度的29.34倍、10.70倍。这说明ZJ2、ZJ3支架的刚度对皮带通廊的作用可忽略不计。ZJ4支架的刚度对皮带通廊的作用不可忽略。正是由于ZJ4支架的作用产生“2区”的变形。由于新增整个通廊的支架刚度偏小，产生了“1区”的错位。

4.5 位移计算：配重130KN，忽略摩擦力的影响P=260KN。

4.5.1 “2区”位移(Δ2)为：

图1 原有皮带通与新增皮带通廊平面关系

图2 原有皮带通与新增皮带通廊立面关系

图3 支架平面图及立面图

结语：

经过前面的分析、计算，发生“2区”现象的原因是，所有支架的刚度不足。发生“1区”现象的原因是，ZJ1支架刚度不足，ZJ4支架的刚度与ZJ1支架刚度相当。为了避免该事故再放生，在设计皮带通廊及支架时注意下面几个问题。

（1）皮带机的张紧力要由结构承担。

（2）皮带通廊的温度伸缩要有空间，适当的结构变形也能满足。

（3）尽管本工程非桁架部分对整个支架刚度影响很小，但是当非桁架的高度与构件刚度比例达到一定限值后，其影响不可忽略，这种现象在该工程中没有发生。即使这样，建议在设计中不要设计非桁架段，把剪刀撑设到基础顶面。

（4）支架高度使刚度三次方衰减，当时支架设计高度19.15m时就欠妥，现场施工时改为了30.15m，没有引起重视，导致了本次事故。

本工程事故原因分析清楚了，处理就比较简单了。处理方法就是在ZJ1支架与ZJ2支架之间加设一道剪刀支撑。按此方法处理后，工程运行至今，再也未发现问题，说明工程事故治理是成功的。