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钢板仓支架倒塌原因探讨

文档作者：郭子鹏章龙洪松胡泊刘跃东文档来源：苏州华碧司法鉴定所		点击数：	更新时间： 2021年05月21日
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电子质量（2016 第11 期）
项目
支柱用钢检测结果(mm) 栈桥用钢检测结果(mm)
结果判定
设计值实测值设计值实测值
6# 角钢63*63*5 63*63*5 63*63*5 63*63*5 符合
上H 型钢200*200*8*12 200*200*8*12 / / 符合
下H 型钢250*250*9*14 250*250*9*14 / / 符合
12# 槽钢120*53*9(平均) 120*53*9(平均) 120*53*9(平均) 120*53*9(平均) 符合
8# 角钢80*80*8 80*80*8 / / 符合
H 型钢/ / 148*100*6*9 148*100*6*9 符合
表1 粮仓支架钢结构主要用钢测量结果
作者简介：郭子鹏(1986-)，男，助理工程师，本科，从事财产损失鉴定、评估，失效分析。
0 前言
受台风“灿鸿”的影响，江苏省某公司的五座粮仓支
架发生倒塌事故。针对粮仓支架倒塌存在的问题，采用
有限元建模分析其力学性能确定桁架结构的强度是否
符合设计要求；通过焊接缺欠分析确定粮仓支架是否符
合安装要求；通过对粮仓预埋筋< 植埋筋> 成分检测确
定其化学成分是否符合标准要求；通过断口分析确定断
口类型为原因分析提供参考。
1 实验结果
四座支架由四块锚板支持，每块锚板由八根预埋钢
筋支撑，四座粮仓支架倒塌位于锚板处。一座支架四块
分别与预埋钢筋相分离，分离点位于焊接处，其他三座
支架预埋筋与锚板连接。通过对四座粮食筒仓支架的西
侧第一基座、西侧第三基座预埋钢筋检查，每个基座下
方4 根预埋钢筋与4 根植埋钢筋组成，对4 根预埋钢筋
和4 根植埋钢筋尺寸进行测量。
1.1 尺寸测量
对粮仓支架钢结构主要用钢、粮仓支架基座及粮食
筒仓支架钢结构进行尺寸测量，测量结果如表1～表3
所示。
钢板仓支架倒塌原因探讨
Discussion on the Cause of Steel Plate Bracket Collapsing
郭子鹏,章龙,洪松,胡泊,刘跃东（苏州华碧司法鉴定所,江苏苏州215000）
Guo Zi-peng,Zhang Long,Hong Song,Hu Bo,Liu Yue-dong(Soochow FALAB Judicial Authenticators,
Jiangsu Suzhou 215000）
摘要：通过对钢板仓支架钢结构尺寸测量、成分分析、断口分析及有限元分析，发现钢板仓支架达不到设
计要求并且焊接存在缺欠，从而得出钢板仓支架倒塌原因。
关键词：钢板仓支架；焊接缺欠；有限元分析；成分分析
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：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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电子质量（2016 第11 期）
表4 预埋筋< 植埋筋> 成分检测结果
表3 粮仓支架钢结构尺寸测量结果
表2 粮仓支架基座测量结果
1.2 成分检测
依据GB/T 4336-2002《碳素钢和中低合金钢火花源
原子发射光谱分析方法(常规法)》对预埋筋< 植埋筋>
进行成分检测，并依据GB 1499.2-2007《钢筋混凝土用
钢第2 部分：热轧带助钢筋》中牌号HRB335 的化学成
分要求进行判定，检测结果如表4 所示。
项目现场检查结果设计要求判定结果
第一基座西侧(每块锚板)
预埋筋4 个，直径为18cm，
深度为50cm,无锚栓
预埋筋8 个，直径20cm，深
度50cm，锚栓
不符合
第三基座西侧(每块锚板)
预埋筋4 个，直径为18cm，
深度为50cm,无锚栓
预埋筋8 个，直径20cm，深
度50cm，锚栓
不符合
项目长度(mm) 宽度(mm) 高度(mm)
支柱
设计：2000
实测：2000
设计：1500
设计：1500
设计：33000
实测：/
栈桥
设计：30000*4
实测：30000
设计：2000
实测：2000
设计：1900
实测：1900
判定结果符合符合符合
项目
化学成分检测结果< 质量分数%>
C Si Mn P S Ceq
测试1 值0.19 0.16 0.51 0.030 0.028 /
测试2 值0.19 0.16 0.50 0.031 0.027 /
测试3 值0.18 0.15 0.51 0.028 0.026 /
测试4 值0.22 0.17 0.54 0.032 0.030 /
测试5 值0.22 0.17 0.54 0.031 0.027 /
标准值≤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 断口分析
根据GB/T 13298-1991《金属显微组织检测方法》和
GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定方法》对预埋筋进
行金相和断口分析，发现断口处金相组织为网状铁素
体与块状珠光体，存在魏代组织结构和热影响区；断口
表面存在明显的切割痕迹和熔化痕迹(如图1 和图2 所
示)。
图1 预埋筋10 倍断口切割熔化痕迹
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电子质量（2016 第11 期）
图2 预埋筋100 倍显微组织存在热影响区
1.4 焊接分析
依据GB/T 6417.1-2005《金属熔化焊接头缺欠分类
及说明》第3 项3.1 条规定“在焊接接头中因焊接产生
的金属不连续、不致密或连接不良的现象”和“表1 中第
4 类未熔合未焊透”的规定要求对锚筋和锚板的焊接处
进行检查，发现锚筋与锚板存在未熔合与未焊透的焊接
缺欠(如图3 和图4 所示)。
图3 锚筋锚板切割前焊接未焊透现象
图4 锚筋锚板切割后焊接未焊透现象
1.5 有限元分析
1.5.1 有限元分析模型的建立
在有限元分析软件Hypermesh 中进行框架结构的
几何建模，整个模型为线框结构。构件为标准型钢，采用
梁单元进行建模，并根据图纸要求，为其赋予不同的梁
截面属性；大量杆梁在构造中属于铰接的，在建模时采
用耦合相应节点平动自由度的方式加以实现[1]；结构基
座部分，采用混凝土材料模型，同时锚固钢筋与底板焊
接，锚固钢筋插入混凝土基座中，采用梁单元进行模拟。
载荷工况的建立：重力场下，将风载施加于对应迎
风结构的节点上，将运行时的动载荷施加于运输通道路
径上的节点，约束混凝土结构边界。
1.5.2 钢结构的有限元分析模型
根据条件建立的有限元分析模型及局部位置处理，
如图5 所示。
(a)
(b)
图5 有限元分析模型图
1.5.3 钢结构有限元分析结果
(1)钢仓混凝土基础理想情况下
结构在三种载荷作用下的应力云图如图6 所示。
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电子质量（2016 第11 期）
(a)
(b)
图6 三种载荷作用下的应力云图
该工况下结构主体部分最大应力为23.37MPa，远
小于Q235B 的材料屈服强度235MPa，其中基座钢筋最
大应力为10.52MPa，远小于HRB335 的屈服极限335MPa，
整体钢结构强度满足设计要求。
(2)钢仓混凝土基础存在缺陷情况下
该种工况考虑主要承力的第三或第四支柱的混凝
土基础，即一块混凝土基础上的钢筋和混凝土结合不紧
密。应力云图如图7 所示。
(a)
(b)
图7 存在缺陷的应力云图
该工况(第四支柱的四个角的其中一个角混凝土与
钢筋结合不紧密)下，钢筋的最大应力为197MPa，钢筋
的受力增长迅速，受力情况变得恶劣，进一步加剧其他
支柱混凝土基础受力情况，其他支柱的钢筋会挣脱混凝
土基础的保护，最终导致钢架倒塌。
2 结果分析
锚栓被大量应用于钢柱脚与混泥土的基础连接，在
整个建筑安全扮演者关键零部件的角色，GB50728-2011
《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(12.3.2)、
JG160《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》等要求，在锚
栓拉力疲劳荷载性能、裂缝反复开合性能、低周反复拉
力荷载性能、低周反复剪力荷载性能等要求。采用直接
张拉法施工时，预应力锚栓强度比传统锚栓强度提供了
1.53 倍，目前施工时普遍采用预应力锚栓柱脚设计[2]。本
案中工程施工时预埋筋达及锚栓均不符合设计要求，大
大减弱整个钢仓板结构抗台风、抗震性能。
对预埋筋断口进行金相和断口分析，发现断口表面
存在明显的切割痕迹和熔化痕迹，这一特征显示，预埋
筋在断裂后，存在人为线切割，对此断口不做解读。
预埋件的锚板因受拉力(含受弯曲作用引起的拉力)
而产生弯曲变形时，使锚筋不单承受拉力，并还要承受
因锚板弯曲变形而引起的内剪力。预埋件锚筋与锚板之
间的焊接是受力关键部位和薄弱环节，制作时应与足够
的重视，严格检验制度，保证焊接质量。当锚筋锚板存在
未熔合与未焊透的焊接缺欠后，小的缺陷与不连续在使
用期间出现稳定增长，最后达到临界值，而发生断裂[3]。
锚板受拉力与剪切力的共同作用，焊接存在缺欠的情况
下不能满足该钢结构厂房力学性能的要求。
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电子质量（2016 第11 期）
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在钢仓混凝土基础存在缺欠的情况下，对钢板仓支
架(在其中一个角混凝土与钢筋结合不紧密)进行有限元
模拟，发现应力云图的变化，钢筋的最大应力为197MPa，
钢筋的受力增长迅速，受力情况变得恶劣，进一步加剧
其他支柱混凝土基础受力情况，其他支柱的钢筋会挣脱
混凝土基础的保护，最终导致钢架倒塌。
3 结语
建造钢板仓支架厂房要保证钢结构工程的质量安
全，要充分了解倒塌的原因，并在源头上杜绝事故的发
生，在建筑施工时需要严格按照施工的质量标准施工；
相关检测部分也要履行职责，做好监督，确保工程质量
的安全。
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