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球接栏杆在国外污水厂防护工程中的应用
发布人:管理员   发布时间:2021-9-25

                                             

 

           孟加拉达舍尔甘地污水处理厂工程项目位于孟加拉国首都达卡市东郊,项目业主为达卡市水务局(达卡供水和污水管理局),设计污水处理能力为50万m3/d。该项目是南亚地区在建规模最大的污水处理厂,对改善孟加拉国首都达卡市的环境具有重要的政治、经济和社会意义。该项目由中国政府提供优惠贷款,工作内容包括设计、采购、施工和一年期运营维护技术服务。
          该污水处理厂建筑物顶部安全通道的安全护栏采用球接护栏,单侧总长度约为11500m。球接护栏也称球型护栏,主要采用球接垂直立柱并连接水平栏杆。项目咨询工程师批准的材料是Q235A热镀锌钢,球接护栏采用工厂生产,现场安装。根据设计采用双球立杆。球型栏杆具有新颖美观、安装方便、免维护等特点,可应用于矿山、电力、石化、码头、供水厂和污水处理厂的走道和安全防护栏。
           2015年由中国建筑标准设计研究院推出的楼梯、栏杆和栏板的标准图集(15J403-1)中,提供了五种平台栏杆,即:钢栏杆(PA型)、不锈钢栏杆(PB型)、玻璃钢栏板(PC型)、金属板栏杆(PD型)和钢筋混凝土栏板(PE型)。以上五种类型的栏杆均不宜用于污水处理厂三大池,即:初沉池、二沉池和生化池和其他部位的工程用栏杆,污水处理厂三大池的栏杆用于污水处理厂日常维护用,属于非人员密集型场所。
          孟加拉达舍尔甘地污水处理厂平台防护栏杆推荐的是双球立杆,其适合污水处理厂的特殊条件。我国尚未正式出版有球形栏杆的设计规范。目前可查到的球型平台栏杆的标准是由中华人民共和国工业和信息化部推出的2020年的规范讨论稿。
          了解国内外护栏的设计标准,特别是设计荷载、最大允许挠度、荷载分项系数的规定、锚固的设计、锚固板厚度的设计和国内外设计规范的差异等对于更好开展相应的设计工作,更好适应国外EPC总承包工程具有现实意义。根据本文的工程实践,探讨了国内球接平台栏杆规范待增加和待改进的内容和开展国外EPC总承包工程对技术规范的建议。

 

二、达舍尔甘地污水处理厂应用实践
        2.1 球接防护栏杆用材料
             孟加拉达舍尔甘地污水出厂球接栏杆和锚板设计采用Q235A热镀锌材料,材料的设计参数见表4。

                                    
       

        2.2球接防护栏杆设计荷载
            最初设计是采用国内标准图的说明报咨询审批,而咨询采用最高设计标准,即采用国标的设计荷载。
        2.3球接防护栏杆标准尺寸
            球接防护栏杆的尺寸是根据厂家已有的钢管尺寸进行的设计,变换不同的栏杆的尺寸进行设计后,确定最终的水平栏杆、立柱、球铰的尺寸和厚度,见表5。
        2.4球接栏杆应力和变形设计
           采用1kN/m的设计荷载,达舍尔甘地污水处理厂球接栏杆应力和变形的设计结果列入表5。从表5可看出,立柱管的应力最大,为203MPa,小于215MPa。立管在正常使用状态下的变形为11mm,小于30mm。上下水平栏杆的最大位移值为2.8mm,小于4.8mm。孟加拉达舍尔甘地污水处理厂球接栏杆的设计满足最为严格的中国标准。上下水平栏杆和立柱管的壁厚大于规范建议值。

                                     
       

        2.5球接栏杆热应力和变形设计
           设计考虑采用6m长的钢管做栏杆,考虑当地最大温度梯度25℃的情况,设计得出其最大的变形为2.03mm。为消除温度应力,每6m长的钢管需减少3mm。
        2.6锚板厚度和锚板受压承载能量设计
           采用美国钢结构设计规范(AISC360-05)对锚板厚度进行了校核,计算得到在外部荷载作用下,锚板厚度的最小值为0.70mm,国内标准图集规定,锚板的最小厚度不得低于8mm。实际采用的是12mm厚的锚板,设计满足要求。锚板的尺寸为150毫米×150毫米.采用AISC360-05对锚板承载压力进行了设计校核,结果表明,采用锚板得尺寸满足要求。
       2.7膨胀螺栓设计
          锚板下部的膨胀螺栓采用的是咨询指定的产品。根据螺栓孔的间距和外部荷载,设计对膨胀螺栓的承载能力和拔出力进行了计算,结果满足要求。
       2.8球铰、水平栏杆、垂直立杆、间尺寸相容性检查
          设计对球铰与水平栏杆和垂直立杆尺寸相容性进行了检查,其结果满足要求。

 

三、问题讨论
        3.1设计荷载:
         美标的栏杆设计荷载是考虑车辆交通的设计荷载,在无交通荷载作用下的栏杆设计荷载是否需超过美标规定值,值得商榷。采用英标的国外厂家球接防护栏杆的设计,其尺寸小于中国的设计。这是由于采用荷载标准不同所致。污水处理厂工程属于非人群聚集区,其荷载设计标准是否需按最高荷载确定是值得商榷的。
        3.2球接栏杆设计规范
         我国尚未正式出版球接栏杆设计规范,目前只有讨论稿。因无正式的规范,该类型的栏杆的名称并没有统一的规定,“球接栏杆”的称谓似乎好于“球型栏杆”。讨论稿只对应力计算和位移计算有示例,但对其他细节尚未做详细的规定,未包括本文中的设计内容。在孟加拉达舍尔甘地污水处理厂建设项目,最初咨询工程师审核承包人的设计时,认为锚固板的设计厚度不够,需提交设计校核并给出依据。因而,完善的设计规范对工程才具有指导意义。
        3.3设计细节
         国内工程只需参照标准图即可施工。而国外EPC总承包工程(包括设计施工工程)中,咨询工程师要求承包人给出设计依据、设计计算书以及详细设计图纸。设计规范越详细,指导性才越强。
在国际工程中采用英美标准往往容易顺利通过咨询的审核和审批,而采用中国标准其咨询审核的时间非常长。我国球接栏杆设计规范,与国际标准接轨尚有不少工作待做。
        3.4关于EPC总承包合同中的技术书
          在国外EPC总承包工程合同执行阶段,咨询工程师往往对合同价格并不关心,工程质量是咨询工程师首要考虑因素。设计师为能完成设计任务,往往需要做配合工作。因而,国外EPC总承包工程,若能在合同中明确细化设计参数和材料标准,则在项目执行阶段可避免在讨论设计标准、材料标准和设计参数上浪费大量的时间,真正做到合同对执行的双方公正合理。

          孟加拉污水处理厂球接栏杆采用中国的荷载标准进行的设计,采用了美国钢结构设计规范对锚板厚度和承载压力进行了必要的复核,对膨胀螺栓的拔出力和承载能量进行了必要的计算。本工程的设计和工程实践对完善行业标准和开展类似国外总承包工程可提供一定的借鉴作用。


 


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