談選煤廠大跨度鋼桁架棧橋的選型與設(shè)計

范 寶 寶

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100000)

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談選煤廠大跨度鋼桁架棧橋的選型與設(shè)計

范 寶 寶

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100000)

介紹了選煤廠大跨度鋼桁架棧橋的結(jié)構(gòu)體系，分析了主桁架與水平支撐桁架的結(jié)構(gòu)型式，并結(jié)合工程實例，闡述了大跨度鋼桁架的設(shè)計方法，對選煤廠洗煤生產(chǎn)工作的正常運行有一定的意義。

鋼桁架，結(jié)構(gòu)體系，門架支撐，腹桿

0 引言

選煤廠中的輸煤鋼桁架棧橋是整個廠區(qū)煤炭運輸系統(tǒng)的重要組成部分，發(fā)揮著運輸原煤和洗后產(chǎn)品的功能。在選煤廠的建設(shè)中，約20%～30%的土建費用都消耗在輸煤鋼桁架棧橋中，所以輸煤鋼桁架棧橋的型式和結(jié)構(gòu)設(shè)計將直接影響到選煤廠廠區(qū)的施工建設(shè)速度和投產(chǎn)運營周期。其結(jié)構(gòu)型式的合理、安全對選煤廠的洗煤生產(chǎn)正常運行有著巨大的作用。

鋼桁架棧橋自重輕，強度大，設(shè)置在跨度大和較高建(構(gòu))筑物之間，極大的減少鋼桁架棧橋的支腿布置，也方便整個選煤廠廠區(qū)的交通，因此在現(xiàn)代選煤廠建設(shè)中大跨度的輸煤鋼桁架棧橋被廣泛采用。從設(shè)計理論和消耗鋼量上來說大跨度的輸煤鋼桁架棧橋相對跨小多榀的輸煤鋼桁架也是經(jīng)濟合理的。

1 結(jié)構(gòu)體系

鋼桁架棧橋是通過兩個平行的側(cè)立面桁架和上部、下部兩個水平支撐桁架組合而成。側(cè)面鋼桁架是由上弦桿、下弦桿及腹桿互相連接組成，其中上、下弦桿一般為連續(xù)桿件，腹桿則通過節(jié)點板與弦桿連接(主要為焊接)。其組成的鋼桁架可承擔豎向荷載，又可作為骨架圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。屋面板和樓面板搭接在側(cè)面鋼桁架的上、下弦桿上，計算時假定上下弦桿連續(xù)為剛節(jié)點，腹桿與弦桿為鉸接節(jié)點。上下弦鋼桁架節(jié)點處設(shè)置水平支撐及橫梁，形成水平桁架，用以傳遞水平荷載。鋼桁架的端門架為鋼桁架兩端的主要支撐物，其主要作用是抵抗鋼桁架風荷載并提供側(cè)向剛度，保證鋼桁架穩(wěn)定，將鋼桁架荷載與風載傳遞給相連結(jié)構(gòu)。端門架柱子主要為壓彎構(gòu)件，端門架梁主要為受彎構(gòu)件。布置鋼桁架時，應(yīng)使腹桿垂直于弦桿，且宜分鋼桁架節(jié)間數(shù)為偶數(shù)。若不能為偶數(shù)時，中部節(jié)間應(yīng)采用交叉雙向斜腹桿?？臻g鋼桁架內(nèi)部要求通過皮帶運輸機及檢修人員，不能設(shè)置交叉支撐，這個空間桁架結(jié)構(gòu)體系是可變的，為避免上、下弦支撐桁架在風荷載作用下產(chǎn)生錯動，應(yīng)在棧橋鋼桁架端部及支座位置設(shè)置封閉鋼架。

2 結(jié)構(gòu)選型

2.1 主桁架的結(jié)構(gòu)型式

無下?lián)蔚拇罂缍蠕撹旒苌舷覘U內(nèi)力受壓，其內(nèi)力分布規(guī)律為從鋼桁架上弦桿兩端至中間段，內(nèi)力值逐步增加直至達到最大值。下弦桿內(nèi)力受拉，其內(nèi)力分布規(guī)律為從鋼桁架下弦桿兩端至中間段，內(nèi)力值逐步增加至最大值。鋼桁架腹桿的內(nèi)力分布規(guī)律為兩端內(nèi)力值最大往中間段逐步減小，且壓桿與拉桿互相交替。帶下?lián)蔚拇罂缍蠕撹旒軛驗槌o定結(jié)構(gòu)，受力比較復(fù)雜，在條件允許時應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)計不帶下?lián)舞旒埽敆蚩缍忍蠖O(shè)計不帶下?lián)螣o法滿足要求時再考慮設(shè)計帶下?lián)舞旒?。根?jù)鋼桁架的腹桿和有無下?lián)蔚牟贾眯问?，可以將鋼桁架分為以下四種，見圖1。

其中，圖1a)為下傾式腹桿體系；圖1b)為三角形腹桿體系；圖1c)為傾斜式腹桿體系；圖1d)為帶下?lián)舞旒荏w系。在選煤廠建設(shè)中，輸煤鋼桁架棧橋沒有動力荷載，主鋼桁架受力規(guī)律不會出現(xiàn)變化。在理論計算中下傾式腹桿體系優(yōu)于三角形腹桿體系，因為在受力計算中下傾式腹桿體系的腹桿都為拉力，規(guī)范規(guī)定拉桿長細比較大，因此腹桿截面選取相對較小，可節(jié)省材料。而三角形腹桿體系中有一半腹桿為壓桿，壓桿長細比規(guī)范規(guī)定比較小，故與拉桿相比選取的截面會增大，稍有浪費。但是從整榀鋼桁架剛度和穩(wěn)定層次考慮，三角形腹桿體系則優(yōu)于下傾式腹桿體系。

2.2 水平支撐桁架的結(jié)構(gòu)型式

鋼桁架棧橋水平支撐是整榀鋼桁架的重要組成部分，其主要作用是抵抗水平荷載，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并將其所受水平荷載傳至門架柱。鋼桁架棧橋的水平支撐有多種布置形式，一般設(shè)計時根據(jù)皮帶走廊寬度主要有以下兩種布置形式：圖2a)為十字交叉腹桿體系；圖2b)為交叉斜腹桿體系。

在實際工程設(shè)計中，如果鋼桁架棧橋走廊寬度不大時，一般采用十字交叉腹桿體系，這種體系桁架剛度大，用料較省，計算假定為鉸接節(jié)點，屬于靜定結(jié)構(gòu)，可用力法求出各桿內(nèi)力。當棧橋走廊寬度較大時，為了避免桁架支撐腹桿過長，超過規(guī)范容許長細比，常常采用交叉斜腹桿體系，即在桁架中部加設(shè)一根輔助弦桿，通過連接節(jié)點與腹桿相連，可以有效的降低腹桿的長細比，控制弦桿選型。

2.3 門架支撐

鋼桁架棧橋應(yīng)在桁架兩端增設(shè)封閉回行門架，鋼桁架的端門架作為支撐整榀桁架的支座，維持鋼桁架主桁架的穩(wěn)定，增加鋼桁架整榀桁架的穩(wěn)定，保證主桁架受力只承擔豎向作用的荷載，因此鋼桁架兩端門架應(yīng)具有足夠的強度和承載力，能充分承擔主桁架所傳來的豎向荷載和水平支撐桁架所傳來的水平荷載。故設(shè)計時必須保證端門架的梁、柱連接點為剛接。為了抵抗鋼桁架棧橋因溫度效應(yīng)所導(dǎo)致的變形和內(nèi)應(yīng)力，鋼桁架門架兩端支座處應(yīng)一端做成輥軸，另一端做成固定鉸接。

3 工程實例

現(xiàn)以河南大有能源股份有限公司耿村煤礦選煤廠升級改造項目5號轉(zhuǎn)載點至6號轉(zhuǎn)載點帶式輸送機棧橋的一段為例進行鋼桁架設(shè)計。已知條件：鋼桁架棧橋軸線寬5.3 m，矢高2.8 m，總長33 m，節(jié)間數(shù)12，節(jié)間距離2.75 m，整榀桁架總風載100 kN，樓面處每節(jié)點恒荷載28 kN，樓面處每節(jié)點活荷載22 kN，屋面處每節(jié)點恒荷載8.2 kN，屋面處每節(jié)點活荷載4.4 kN。地震設(shè)防烈度6度，設(shè)計基本地震加速度0.05g,設(shè)計地震分組第三組，建筑場地類別Ⅱ類，風荷載0.4 kN/m2，整體傾斜13.4°，門架柱HM200×294。本設(shè)計采用無下?lián)稳切胃箺U體系，所有桿件連接點處均以鉸接處理，使用PKPM鋼結(jié)構(gòu)中桁架計算單元計算主桁架桿件內(nèi)力，結(jié)果見表1。表1中所給鋼桁架桿件(雙角鋼組合構(gòu)件)為從左至右依次排列且呈對稱布置，根據(jù)桁架桿件內(nèi)力設(shè)計桁架節(jié)點，即可確定節(jié)點板厚度以及長寬大小。

表1 桿件內(nèi)力計算結(jié)果

4 結(jié)語

1)通過調(diào)整鋼桁架棧橋腹桿的布置方式，可以得到不同的桁架結(jié)構(gòu)型式和受力機制。大跨度鋼桁架棧橋因其強度高，耗材少，能有效地降低占有廠區(qū)面積等突出優(yōu)點，被選煤廠等煤炭工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。2)鋼桁架棧橋在設(shè)計時，節(jié)間數(shù)宜分為偶數(shù)，桿件應(yīng)對稱布置。3)鋼桁架棧橋的計算原理是將腹桿與上、下弦桿的相接的節(jié)點設(shè)為鉸接，從而以力法求出各桿內(nèi)力。鋼桁架棧橋的門架結(jié)構(gòu)主要是提供整榀桁架的側(cè)向剛度，保證整榀桁架的穩(wěn)定并將其所受水平荷載傳遞給支柱相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。所以在設(shè)計中應(yīng)將鋼桁架棧橋兩端門架的梁柱節(jié)點設(shè)計為剛接。4)鋼桁架棧橋的支座應(yīng)設(shè)計成一端固定鉸支、另一端滑動鉸支，如此可以有效釋放由于溫度及其他縱向荷載引起的結(jié)構(gòu)縱向變形，保證鋼桁架的整體穩(wěn)定。

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Selection and design of large-span steel truss trestle bridge in coal preparation plant

Fan Baobao

(CCTEGBeijingHuayuEngineeringCo.,Ltd,Beijing100000,China)

The paper introduces structural system of large-span steel truss trestle bridge of the coal preparation plant,analyzes structural forms of major truss and horizontal bearing truss,and describes large-span steel truss design methods by combining with engineering examples,which has certain meaning for normal coal washing operation of the coal preparation plant.

steel truss,structural system,door-frame support,web member

1009-6825(2016)29-0045-03

2016-08-02

范寶寶(1986- )，男，工程師

U442.54

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