發(fā)電廠輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型

王衛(wèi)紅

摘要：介紹了多種輸煤棧橋建設(shè)方案的優(yōu)、缺點(diǎn)，并結(jié)合本工程的特點(diǎn)，列舉了可選方案，進(jìn)而對(duì)可選方案進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，提出本工程輸煤棧橋最優(yōu)方案為：#4轉(zhuǎn)運(yùn)站到碎煤機(jī)室位于輸煤配電間上部部分和煙囪至煤倉(cāng)間轉(zhuǎn)運(yùn)站棧橋結(jié)構(gòu)型式為混凝土支架（或煙囪筒壁）上支承空間倒三角鋼管桁架結(jié)構(gòu)，棧橋?yàn)槁短觳贾?，棧橋樓面采用壓型鋼板做底模現(xiàn)澆鋼筋混凝土板;其余棧橋采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，露天膠帶輸送機(jī)加裝玻璃鋼防護(hù)罩。

關(guān)鍵詞：火電廠;輸煤棧橋;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 近年出現(xiàn)的新型輸煤方式和棧橋型式

近年隨著技術(shù)和設(shè)計(jì)理念的進(jìn)步，電廠和設(shè)計(jì)院對(duì)輸煤方式和棧橋型式的革新做了不少有益的探討和嘗試，陸續(xù)出現(xiàn)了一些新的輸煤方式和新的棧橋型式。簡(jiǎn)要介紹如下：

1.1? 帶防塵罩的皮帶輸送機(jī)+露天棧橋

皮帶機(jī)自帶防塵罩可以起到防塵防雨的作用，棧橋則不必封閉。為便于水沖洗，棧橋橋面仍采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆橋面。圖1所示為某電廠露天棧橋。棧橋承重結(jié)構(gòu)可根據(jù)棧橋高度和場(chǎng)地情況選用不同的結(jié)構(gòu)：

·當(dāng)棧橋高度不高，且場(chǎng)地較空曠，柱網(wǎng)設(shè)置不受限制時(shí)，可采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu);

·當(dāng)棧橋高度較高，或場(chǎng)地條件限制需建造大跨度棧橋，如需跨越其他建筑物或道路時(shí)，可采用排架柱支承的鋼桁架結(jié)構(gòu);

·近年出現(xiàn)了采用大跨度平板網(wǎng)架代替鋼桁架的做法，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較的結(jié)果來(lái)看，采用平板網(wǎng)架代替鋼桁架在技術(shù)上更先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上也更合理。

露天棧橋減少了棧橋上部結(jié)構(gòu)的土建工程量，同時(shí)減輕了結(jié)構(gòu)自重，相應(yīng)降低了地基處理的難度和工程量，其土建綜合造價(jià)僅為普通封閉棧橋的1/2～1/3。如果棧橋建在煤場(chǎng)區(qū)域，考慮到防塵罩意義不大，可取消防塵罩，從而進(jìn)一步降低造價(jià)。

這種棧橋具有成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，華能瑞金電廠（2×350MW）就采用了這種棧橋型式。2009年投運(yùn)的井岡山電廠2×660MW機(jī)組也采用這種棧橋型式。

1.2 管狀皮帶輸送機(jī)+露天棧橋

管狀皮帶輸送機(jī)是在輸送途中皮帶卷成管狀將煤包裹在當(dāng)中的輸煤方式。這種皮帶輸送機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

·皮帶機(jī)自帶棧橋鋼支架，土建僅需建造鋼支架的基礎(chǔ)，使土建工程量大幅度減少;

·由于煤被包裹運(yùn)輸，避免了煤塵飛揚(yáng)和淋雨的問(wèn)題，棧橋不必做成封閉式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且運(yùn)送清潔，也不存在橋面沖洗的問(wèn)題;

·單條皮帶輸送距離長(zhǎng)，且皮帶可以拐彎，僅在皮帶需拐急彎處需設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置（轉(zhuǎn)運(yùn)站），從而避免了大量中繼轉(zhuǎn)運(yùn)站的建設(shè)，節(jié)省了投資;

·皮帶爬坡角度遠(yuǎn)大于普通皮帶，進(jìn)入主廠房時(shí)皮帶起坡距離可大大縮短;

·雖然設(shè)備造價(jià)較高，但是土建費(fèi)用大幅度降低，其總體造價(jià)與傳統(tǒng)封閉棧橋+皮帶機(jī)的方式相比仍具有優(yōu)勢(shì)。

望亭電廠2×660MW機(jī)組工程中采用雙路管徑4000mm、帶速3.15m/s，出力1000t/h的管狀皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀況良好，但總體來(lái)說(shuō)在大型電廠中應(yīng)用較少，其運(yùn)行、維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)尚需積累。

1.3 ?垂直提升

這種方式主要用在皮帶機(jī)進(jìn)入主廠房的位置，皮帶機(jī)可以從地面較低的位置到達(dá)主廠房，然后將煤用垂直提升的方式運(yùn)送到皮帶層。這種方法能避免土建高位棧橋的建造，但是設(shè)備造價(jià)較高。

1.4? 皮帶機(jī)棧橋一體化

皮帶機(jī)棧橋一體化技術(shù)是將輸煤皮帶機(jī)支架與輸煤棧橋合二為一的一種新型膠帶支撐體系;利用該技術(shù)，皮帶機(jī)機(jī)架不必再單獨(dú)設(shè)置支腿和中間架，可節(jié)約了輸煤皮帶機(jī)支架的材料，同時(shí)由于鋼結(jié)構(gòu)棧橋和皮帶機(jī)支架合成一體后，有效減小了棧橋占用空間，鋼結(jié)構(gòu)棧橋材料用量也大大減少，從而大大節(jié)約投資成本;而輸煤皮帶機(jī)棧橋整體式的設(shè)計(jì)便于在地面上將膠帶機(jī)設(shè)備與結(jié)構(gòu)組裝成一體，進(jìn)行整體式吊裝，可使高空作業(yè)變?yōu)榈孛姘惭b。方案圖見(jiàn)圖2。

皮帶機(jī)棧橋一體化技術(shù)在鋼鐵、建材、化工、煤炭等行業(yè)已有應(yīng)用，在火力發(fā)電廠中尚未有應(yīng)用。其應(yīng)用效果見(jiàn)圖3所示。

2 本工程可采用的方案

本工程為新建工程，從場(chǎng)地和地質(zhì)條件來(lái)看，具有以下特殊性：

·場(chǎng)地相對(duì)空曠，棧橋布置不受地形和已有建筑物限制，布置相對(duì)靈活;

·廠區(qū)地處撫州市臨川區(qū)青泥鎮(zhèn)周家村，棧橋的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和美觀;

·設(shè)計(jì)應(yīng)考慮因地制宜，盡可能降低工程造價(jià)，節(jié)省輸煤系統(tǒng)占地面積;

結(jié)合以上特點(diǎn)，分析各種輸煤棧橋的可行性如下。

（1）翻車機(jī)室到#1轉(zhuǎn)運(yùn)站段

本段輸煤系統(tǒng)從翻車機(jī)室到#1轉(zhuǎn)運(yùn)站，部分位于地下部分，部分位于地上部分，地下部分采用混凝土箱形結(jié)構(gòu)，地上部分高度較低，棧橋形式選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，棧橋可采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（2）#1轉(zhuǎn)運(yùn)站到#2轉(zhuǎn)運(yùn)站、#3轉(zhuǎn)運(yùn)站到#4轉(zhuǎn)運(yùn)站段

本段輸煤系統(tǒng)從#1轉(zhuǎn)運(yùn)站到#2轉(zhuǎn)運(yùn)站，#1、#2轉(zhuǎn)運(yùn)站經(jīng)過(guò)煤場(chǎng)斗輪機(jī)后分別到達(dá)#3、#4轉(zhuǎn)運(yùn)站，再?gòu)?3轉(zhuǎn)運(yùn)站到#4轉(zhuǎn)運(yùn)站，均為地上結(jié)構(gòu)，總體布置較規(guī)則，受場(chǎng)地條件限制較小。地上結(jié)構(gòu)高度較低，選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，棧橋可采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（3）#4轉(zhuǎn)運(yùn)站到煙囪段

本段輸煤系統(tǒng)先從#4轉(zhuǎn)運(yùn)站到碎煤機(jī)室，再?gòu)乃槊簷C(jī)室到煙囪，均為地上結(jié)構(gòu)，總體布置較規(guī)則，受場(chǎng)地條件限制較小。地上結(jié)構(gòu)高度較低，選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，除輸煤配電間上部棧橋采用鋼結(jié)構(gòu)外，其余可采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（4）煙囪到煤倉(cāng)間轉(zhuǎn)運(yùn)站段（含煙囪內(nèi)）

作為新建電廠工程，在保證皮帶輸送機(jī)能順利爬上主廠房輸煤轉(zhuǎn)運(yùn)站的前提下，盡量壓縮本段棧橋的長(zhǎng)度，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，本段采用露天棧橋的的方案。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與比較

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)棧橋和鋼桁架棧橋的比較

取某棧橋中長(zhǎng)度為24m的一段，分別按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案和鋼桁架方案設(shè)計(jì)，立面布置圖分別見(jiàn)圖4和圖5。

由以上比較結(jié)果可見(jiàn)，由于鋼材價(jià)格持續(xù)上漲，鋼桁架棧橋的造價(jià)遠(yuǎn)高于混凝土棧橋，價(jià)格差甚至達(dá)到一倍以上。由此可見(jiàn)，鋼筋混凝土棧橋的性價(jià)比更好。

3.2 ?棧橋封閉與露天布置的比較

結(jié)合前文提到混凝土棧橋經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)棧橋，選擇混凝土棧橋做比較。為便于比較，取棧橋同一段按兩種布置方案分別進(jìn)行計(jì)算分析。本節(jié)算例為出轉(zhuǎn)運(yùn)站棧橋的第一段，按布置雙路皮帶考慮。計(jì)算采用PKPM軟件進(jìn)行空間建模計(jì)算。兩種方案的縱向框架布置見(jiàn)圖6。

計(jì)算結(jié)果分別列于表6～表7。

通過(guò)以上計(jì)算和比較，可以得到以下結(jié)論：

（1） 對(duì)于同一段混凝土框架結(jié)構(gòu)的棧橋，露天棧橋的混凝土用量?jī)H為封閉棧橋的1/2左右;

（2） 露天棧橋的柱腳反力在1200kN以內(nèi)，而封閉棧橋的柱腳反力接近2000kN，根據(jù)本工程地基承載力情況，采用天然地基，基礎(chǔ)混凝土量增加接近50%，造價(jià)較高。

由此可見(jiàn)，露天棧橋在經(jīng)濟(jì)性上明顯優(yōu)于封閉棧橋。

3.3 ?空間倒三角鋼管桁架與平面桁架比較

本工程結(jié)合我院棧橋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，深入分析棧橋結(jié)構(gòu)受力性能，防止網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)過(guò)多，易出現(xiàn)施工問(wèn)題的特點(diǎn)，提出空間倒三角鋼管桁架，所有桁架桿件均采用鋼管截面。

傳統(tǒng)平面桁架，采用兩榀桁架，桁架上下弦之間通過(guò)支撐連接成一個(gè)整體，桿件采用雙角鋼組合或H型鋼。

空間倒三角鋼管桁架充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)受拉性能強(qiáng)的特點(diǎn)，把傳統(tǒng)平面桁架下弦桿合二為一，其截面和應(yīng)力分別見(jiàn)圖7、圖8。

某25m長(zhǎng)典型露天棧橋，雙路皮帶，兩種鋼結(jié)構(gòu)棧橋結(jié)構(gòu)形式技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見(jiàn)表9。

從表9可以看出采用空間倒三角鋼管桁架能大大節(jié)省用鋼量，與傳統(tǒng)平面桁架相比節(jié)省約28%。

針對(duì)本工程創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，本工程露天棧橋鋼結(jié)構(gòu)部分推薦采用空間倒三角鋼管桁架，具有以下優(yōu)勢(shì)：

①一方面，相對(duì)于建筑工程中常用的角鋼、型鋼等型鋼棧橋桁架而言，作為薄壁構(gòu)件的圓鋼管具有優(yōu)良的截面性能，同時(shí)又避免去了一般型鋼結(jié)構(gòu)施工必須面對(duì)的相貫線復(fù)雜加工過(guò)程，其連接的處理和實(shí)施方便、簡(jiǎn)潔，在用鋼量經(jīng)濟(jì)性明顯的條件下可相應(yīng)節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)加工、制造工作量，在提高勞動(dòng)效率加快工期的同時(shí)降低了工程造價(jià);

②在同樣的條件下，比其他型材外表面積要小很多，一旦管材的兩端焊接密封，則油漆的面積比普通角鋼要少30%左右;又由于沒(méi)有凹角，使得油漆及防火處理很方便，耐久性更長(zhǎng);

③節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工多采用構(gòu)件間的直接焊接，無(wú)必通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)板的轉(zhuǎn)換，可以節(jié)省連接鋼材用量;

④下弦桿由于受到兩邊斜向支撐，下弦支撐可以取消，可以節(jié)省支撐用量;⑤三角形管桁架上弦寬度小于橫梁長(zhǎng)度，可以減小橫梁跨度，節(jié)省橫梁用鋼量;

⑥整體造型美觀、輕巧、極具現(xiàn)代建筑氣息。

4 結(jié)論

綜合以上論述，從工程可行、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的角度考慮，本工程的輸煤棧橋土建最優(yōu)方案為：#4轉(zhuǎn)運(yùn)站到碎煤機(jī)室位于輸煤配電間上部部分以及煙囪至煤倉(cāng)間轉(zhuǎn)運(yùn)站段，由于工藝布置限制，結(jié)合周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致的原則，采用空間倒三角鋼管桁架，膠帶輸送機(jī)采用加裝玻璃鋼防護(hù)罩，棧橋樓面采用壓型鋼板做底?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土板。其余棧橋根據(jù)本工程特點(diǎn)及工藝要求為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，膠帶輸送機(jī)采用加裝玻璃鋼防護(hù)罩。