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摘要：本文主要内容是笔者通过对实际工程案例分析，得出结构破坏的原因，并根据分析结果有针对性的提出加固方案。既能为今后施工敲响警钟，防止类似的事故再次发生，又能为广大工业建筑设计师提供经验依据，遇到类似情况举一反三、触类旁通，利用现有的加固处理方案快速解决问题。
关键词：牛腿梁；牛腿；构件破坏原因分析；加固方案。
1.绪论
本工程为带式输送机栈桥，栈桥水平总长度为841m，其中钢桁架栈桥长度为51.12m，钢桁架分为两段，每段长度25.56m，中间为钢支架，两端为重锤间及矸石仓。栈桥倾角为9°，高处端坐落在矸石仓仓壁的牛腿上，采用辊轴支座柱脚；低处端坐落在重锤间牛腿梁上，采用螺栓固定柱脚；中间坐落在钢支架上，同样采用螺栓固定柱脚。
2.构件破坏情况
2016年7月中旬，现场发现重锤间部分构件出现破坏，主要集中在牛腿梁、牛腿以及钢支架等部位。
2.1牛腿梁破坏
重锤间的牛腿梁在水平面上，朝重锤间的方向产生40mm挠度，根据《混凝土结构设计规范》表3.4.3计算得知，本工程牛腿梁的允许挠度为30mm，实际挠度已经超过规范允许值；钢桁架框口支座处牛腿梁的混凝土局部破坏；牛腿梁侧面出现贯通的斜裂缝。
2.2牛腿破坏
重锤间牛腿外侧出现两道竖向裂缝。
2.3其他破坏及故障
根据现场实测，钢桁架栈桥中间的钢支架顶部朝重锤间方向移动70mm；仓上的辊轴支座并未滚动，上下装返且辊轴位置不居中。
3.破坏原因分析
3.1排除自身水平力
根据现场反馈得知，重锤间上作为钢桁架栈桥支座的牛腿梁产生了朝重锤间方向的水平挠度，以及栈桥支座处牛腿梁混凝土产生局部破坏。显而易见，原因是钢桁架栈桥对重锤间的牛腿梁施加了一个正常状态下不该出现的而且非常大的水平力。那么，该水平力是如何产生的呢？
在分析该水平力产生的原因之前，需要澄清两个问题：一、钢桁架栈桥无论是水平放置还是倾斜放置，无论倾斜多大角度，对支座都不会产生任何水平推力，因为根据外力平衡原理，牛腿梁处只有竖直向上的支座反力，完全没有水平反力；二、任何物体都会有温度变形，即俗称的热胀冷缩现象，钢桁架栈桥也不例外，但栈桥不会产生温度应力，因为所有的温度变形都会被仓上辊轴支座的滑动释放掉，所以说温度变化也不会使栈桥对其支座产生水平推力。
综上所述，钢桁架栈桥在正常使用状态下对牛腿梁不会产生任何的水平推力。
3.2分析水平力成因
3.2.1伸缩缝失效
那么到底是什么原因产生的水平力呢？设计时在钢桁架楼面和矸石仓楼面之间设置了一道伸缩缝。伸缩缝是结构缝的一种，目的是为减小由于温差和体积变化等间接作用效应积累的影响，将结构分割为较小的单元，避免引起较大的约束应力和开裂。
从现场得知，钢桁架栈桥与矸石仓楼面没有按照图纸要求设置伸缩缝，现场擅自采用素混凝土将其填满，使矸石仓与钢桁架在水平方向上连为一体，导致伸缩缝失效，辊轴支座形同虚设。温度上升后钢桁架膨胀，本来可以滑动的辊轴支座被矸石仓顶死了，因此产生了巨大内力，该内力向桁架两侧施加，一端作用于矸石仓，另一端作用于重锤间的牛腿梁。牛腿梁原本无需承担任何水平荷载，突然被施加了巨大的水平力，导致其水平方向发生挠曲变形，且梁顶支座处混凝土的局部破坏。这一看似微不足道的“小”错彻底改变了结构模型，使设计模型与施工模型截然不同，进而对结构造成巨大的破坏。
3.2.2温度内力
从上文的分析得知，巨大内力是由伸缩缝失效及温度变形这两个因素产生的，需要通过计算来判断该内力能否对牛腿梁造成破坏。
首先计算温度变形。温度变形的大小与构件长度、材质及温差有关，栈桥总长度50m，线膨胀系数为12×10-61/℃，温差按60℃计算，本工程的总伸缩量为
ΔL——沿钢桁架方向的变形量；
L——钢桁架总长度；
α——钢材线膨胀系数；
Δt——温差。
可见，计算得出的变形量为36mm，而设计辊轴支座的滑动距离及伸缩缝宽度均为100mm，完全在设计范围内。
根据现场实测，钢支架顶端向重锤间方向偏移70mm，因此按照最大温度变形70mm计算，钢桁架可产生的内力标准值为
F——钢桁架温度内力；
ΔL——沿钢桁架方向的变形量；
E——钢材弹性模量；
A——钢桁架断面面积；
L——栈桥总长度。
该温度内力平分到两个框口支座处，每个支座的内力标准值为81.2&pide;2=40.6kN，设计值为40.6×1.4=56.8kN。
牛腿梁截面尺寸为W×H=400mm×700mm，顶筋为4根直径20的三级钢，底筋为6根直径22的三级钢，箍筋为直径8间距100的三级钢，腰筋为4根直径12的三级钢。
一、抗剪验算：
Vcs——牛腿梁斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；
λ——计算截面的剪跨比；
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；
b——牛腿梁宽度；
h0——牛腿梁的有效高度；
fyv——箍筋抗拉强度设计值；
Asv——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；
s——沿牛腿梁长度方向的箍筋间距；
Vmax——牛腿梁水平方向的最大剪力值。
因此，牛腿梁受剪承载力满足要求。
二、抗弯验算：
x——混凝土受压区高度；
fy、fy’——受拉、守压钢筋强度设计值；
As、As’——受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积；
α1——系数，混凝土强度等级≤C50时，取值1.0；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值；
b——梁的宽度；
αs’——受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离；
Mu——牛腿梁受弯极限承载力设计值；
h0——梁截面有效高度。
因此，框口支座对牛腿梁施加水平力产生的弯矩超出牛腿梁受弯承载力。
因为牛腿梁在设计时就完全不考虑非正常状态下出现的水平荷载，所以在遇到如此巨大的水平荷载后，牛腿梁的受弯超出承载力极限值，牛腿梁破坏。
3.2.3钢桁架长度及钢支腿安装误差
根据现场实测，两跨钢桁架中间的钢支架顶部向重锤间方向偏移70mm，远远大于计算得出的36mm，而且仓上的辊轴支座没有任何移动，说明高处的钢桁架长度大于设计长度70mm。同样根据现场实测，重锤间牛腿梁朝重锤间方向水平挠曲40mm，也大于计算值36mm。
两段钢桁架一长一短直接导致了钢支架在安装时就有了偏差，钢支架的垂直度误差远远大于规范允许值，产生严重的Δ-Ρ效应，进而产生向牛腿梁的水平推力。
3.2.4矸石仓倾斜
经现场实测，矸石仓仓顶向重锤间方向倾斜10mm，由于伸缩缝被堵死，矸石仓与钢桁架连为一体，这10mm的位移也产生了大概每个支座8kN的水平推力。
综上所述，牛腿梁的破坏是由以下因素造成的：变形缝被堵死、辊轴支座失效、钢桁架长度有误、钢支架安装误差超标、矸石仓倾斜等。由于现场并未提供牛腿梁混凝土强度检测报告，混凝土实际强度未知，从照片上来看估计很难达到C30的设计强度，这也是牛腿梁上框口柱脚处混凝土局部破坏的主要原因之一。
3.3牛腿外侧裂缝成因
牛腿外侧裂缝也是由钢桁架的水平力造成的。牛腿梁受到钢桁架框口支座的水平力，形成在水平面上的简支梁，牛腿成为简支梁的两端铰接支座。牛腿梁在水平面受弯，为释放牛腿梁支座处的弯矩，需要在牛腿梁与牛腿的节点处出现塑性铰，这个塑性铰本应该在梁端出现，但由于牛腿在水平面上没有受力主筋，导致牛腿受弯的承载力小于牛腿梁端的受弯承载力，因此该塑性铰戏剧性的出现在了牛腿上，那么牛腿外侧出现裂缝也就理所当然了。
4.针对性的加固方案
为解决以上问题，笔者提供如下加固措施。
1、将仓上已经失效且装反（上下方向）的辊轴支座修复或更换，使其正常工作，释放桁架内力。
2、将所有楼面伸缩缝中填死的素混凝土凿除，按照施工图中伸缩缝做法重新施工。
3、调整两段栈桥中间钢支架垂直度，使其垂直度误差在施工规范允许范围内，消除Δ-Ρ效应。
4、将钢桁架框口扩大，使钢桁架荷载直接作用在牛腿上，以免牛腿梁进一步破坏，导致栈桥坍塌。
5、将两个牛腿加固处理，避免牛腿外侧继续开裂。
6、修复牛腿梁破损的混凝土保护层，以免钢筋受到腐蚀。
5.结论
本文以神华准格尔能源有限责任公司黑岱沟选煤厂矸石排弃输送系统——GS103带式输送机栈桥为背景，笔者通过对该工程案例分析，得出结构破坏的原因，并根据分析结果有针对性的提出加固方案。既能为今后施工敲响警钟，防止类似的事故再次发生，又能为广大工业建筑设计师提供经验依据，遇到类似情况举一反三、触类旁通，利用现有的加固处理方案快速解决问题。
在施工中细节性的问题往往会成为致命的问题，对待施工质量不能忽视细节，微小的失误一旦波及结构体系和关键构件质量时便会酿成大祸，危及公共财产及人身安全。