論大傾角皮帶輸煤棧橋設(shè)計(jì)

劉金玉

【摘 要】針對(duì)大傾角皮帶棧橋設(shè)計(jì)中所需要注意的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，包括基礎(chǔ)設(shè)計(jì)最不利工況，荷載組合，柱水平剛度設(shè)計(jì)等，以保證結(jié)構(gòu)在體系以及經(jīng)濟(jì)上更為合理。本文案例采用PKPM2010V3.1計(jì)算，并根據(jù)規(guī)范復(fù)核。

【關(guān)鍵詞】大傾角皮帶;輸煤棧橋;PKPM2010V3.1

一、結(jié)構(gòu)荷載.工況及組合說(shuō)明

從皮帶機(jī)的運(yùn)行機(jī)理來(lái)說(shuō)，設(shè)備產(chǎn)生的水平荷載與垂直荷載是一組同時(shí)存在的荷載，不存在單獨(dú)的水平荷載或者單獨(dú)的垂直荷載這種工況。從計(jì)算結(jié)果顯示，如果其作為活載輸入，其基礎(chǔ)計(jì)算的最不利組合工況為設(shè)備垂直荷載參與組合，而其水平荷載不參與組合。此時(shí)，軸力最小，彎矩最大。然而在實(shí)際運(yùn)行中該組合不存在，也不合理。設(shè)計(jì)偏保守，過(guò)于浪費(fèi)。因此在做基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)，將設(shè)備運(yùn)行荷載作為恒載輸入，以保證結(jié)構(gòu)的安全性。在上部結(jié)構(gòu)計(jì)算中可取按恒載及活載計(jì)算包絡(luò)值設(shè)計(jì)。

二、結(jié)構(gòu)方案基本做法

A）棧橋結(jié)構(gòu)可采用混凝土柱+鋼桁架棧橋設(shè)計(jì)，也可采用全鋼結(jié)構(gòu)的形式。通常將樓面采用壓型鋼板+混凝土樓板的形式，樓板與鋼梁之間采用栓釘連接。屋面及墻面均采用壓型鋼板封閉。

B）大傾角皮帶棧橋由于角度大，距離短，能夠利用最短的距離將煤輸送到最大的高度。該設(shè)計(jì)時(shí)縱向柱列較少，導(dǎo)致棧橋柱高差很大。最低處的柱由于水平剛度大于其他柱而分擔(dān)較多的水平力，此處基礎(chǔ)大于其他柱基礎(chǔ)，需特別注意。

C）結(jié)構(gòu)計(jì)算中出現(xiàn)較大的剪力，設(shè)計(jì)鋼桁架時(shí)對(duì)柱腳節(jié)點(diǎn)需特別注意抗剪鍵的設(shè)置。需對(duì)抗剪鍵截面及連接焊縫進(jìn)行復(fù)核。

三、工程案例

工程以玖龍紙業(yè)（沈陽(yáng)）有限公司3x380t/h熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目一期工程2#棧橋?yàn)榘咐菔居?jì)算。

3.1工程概況

根據(jù)工藝布置及業(yè)主要求，此棧橋?yàn)閷?.5m，投影長(zhǎng)16.80m，高差21米，角度為50度的封閉鋼棧橋;棧橋樓面采用壓型鋼板與現(xiàn)澆混凝土組合樓面，屋面及圍護(hù)結(jié)構(gòu)為輕鋼結(jié)構(gòu);棧橋支柱為鋼筋混凝土柱。

根據(jù)設(shè)備資料數(shù)據(jù)，結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，基本計(jì)算參數(shù)及荷載取值如下：

基本風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.55kN/m2

基本雪壓：0.50kN/m2

恒載：樓面為4.0kN/m2;屋面為0.3kN/m2;側(cè)壁圍護(hù)為0.3kN/m2

活荷：樓面為4.0kN/m2;屋面為0.5kN/m2

場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震加速度值0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑抗震設(shè)防分類(lèi)為丙類(lèi)。

設(shè)備運(yùn)行參數(shù)如下：

額定輸送量 ?600t/h ?帶寬 ?1400mm ? 帶速 ?1.25m/s

3.2計(jì)算模型假定

鋼桁架腹桿與上下弦桿間采用鉸接，豎桿與混凝土柱之間采用鉸接連接。采用PK模型進(jìn)行平面計(jì)算。

3.3結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分析

A）柱截面：KZ-1，KZ-2，KZ-3均采用600X800截面，根據(jù)PKPM平面分析，在考慮設(shè)備荷載及左風(fēng)荷載疊加的情況下最不利（考慮本地區(qū)地震設(shè)防基本烈度為6度，地震作用非控制性荷載，在本文中不考慮地震組合。而且由于活載引起的剪力及彎矩較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文不做考慮），其計(jì)算結(jié)果如下：

本項(xiàng)目采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，單樁承載力達(dá)到1400KN，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下不存在平均豎向力及樁最大豎向力不滿足樁承載力要求的工況，因此主要對(duì)樁最小豎向力計(jì)算，以樁避免出現(xiàn)上拔力的工況。為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，本文將所有樁承臺(tái)按照四樁承臺(tái)計(jì)算，并且不考慮平均豎向力及最大豎向力的工況并且僅計(jì)算縱向框架。承臺(tái)考慮為四樁承臺(tái)，樁間距為1400mm，承臺(tái)尺寸為2400X2400. 計(jì)算過(guò)程如下：

（1）根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范計(jì)算組合

KZ-1 ?軸力 ?639KN ?彎矩 ? 352.5

KZ-2 ?軸力 ?611KN ? 彎矩 ?239.2

KZ-3 ?軸力 ?-68.3KN ?彎矩 ?147.5

根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范，5.1.1條計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：

KZ-1Nmin=91.5KN ?（滿足要求）

KZ-2Nmin=125KN ?（滿足要求）

KZ-3Nmin=-12.2KN ?（不滿足要求）

KZ-3的基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)拔力，現(xiàn)將KZ-3樁間距改為2000計(jì)算，承臺(tái)尺寸修改為2900X2900，仍采用四樁承臺(tái)

KZ-3Nmin=（FK+GK）/n+Mxky/∑yi2

=30.1KN ?（滿足要求）

KZ-3基礎(chǔ)若需要在不考慮加大樁間距的前提下滿足不出現(xiàn)拔力的要求（本文中按照不考慮抗拔樁設(shè)計(jì)），可采取加大承臺(tái)截面以及承臺(tái)上方配重的措施來(lái)抵抗拔力。

采用該方案時(shí)，計(jì)算如下：KZ-3Nmin=26.5KN （滿足要求）

B）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從結(jié)構(gòu)的剪力分配來(lái)考慮，由于KZ-3高度小，其分擔(dān)的水平力大于KZ-1，KZ-2。KZ-3由于軸力小，彎矩及剪力偏大，樁易產(chǎn)生拔力?，F(xiàn)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行調(diào)整，即通過(guò)增加KZ-1，KZ-2截面來(lái)增加KZ-1，KZ-2的水平剛度?，F(xiàn)將KZ-1，KZ-2的截面修改為600X1200，計(jì)算結(jié)果如下：

（1）根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范計(jì)算組合

KZ-1 ?軸力 ?750KN ? 彎矩 ?538.6

KZ-2 ?軸力 ?657KN ? 彎矩 ?402.3

KZ-3 ?軸力 ?-29.8KN ?彎矩 ?109.3

（2）根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范，5.1.1條計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：

KZ-1Nmin=52.74KN ?（滿足要求）

KZ-2Nmin=78.2KN ? （滿足要求）

KZ-3Nmin=11.1KN ? （滿足要求）

綜上所述，針對(duì)大傾角輸煤皮帶棧橋由于水平荷載大于常規(guī)棧橋，導(dǎo)致其樁基礎(chǔ)出現(xiàn)拔力的情況給出以下三種解決方案：

a）可以適當(dāng)加大高度較大的柱截面（KZ-1，KZ-2），增加該柱的水平剛度，以避免剪力集中在高度較小的柱（KZ-3）。該方法有一定的適用性，但是在經(jīng)濟(jì)上不是特別的明顯。

b）增加樁間距。該辦法經(jīng)濟(jì)性能比較好。對(duì)基礎(chǔ)受力性能的改善很明顯，可以在各種出現(xiàn)拔力的基礎(chǔ)中使用。

c）增加基礎(chǔ)的壓重，及在基礎(chǔ)頂面采用素混凝土回填。該方案適用于施工后由于各種原因需更改基礎(chǔ)的情況，或者擴(kuò)建中不滿足抗拔要求的情況。

d）可以采用基礎(chǔ)梁承擔(dān)部分彎矩，減小由于拉力及彎矩引起的樁拔力，但是受到場(chǎng)地限值，本項(xiàng)目KZ-3無(wú)法設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，本文未做詳細(xì)闡述。

四、結(jié)束語(yǔ)

1.本文針對(duì)大傾角輸煤棧橋荷載作用機(jī)理進(jìn)行了一定的闡述，將設(shè)計(jì)時(shí)采用的荷載組合進(jìn)行了細(xì)化。針對(duì)大傾角輸煤棧橋計(jì)算時(shí)采用詳細(xì)的荷載計(jì)算可以保證設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性能，避免過(guò)多的浪費(fèi)。

2.對(duì)于大傾角輸煤皮帶棧橋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，若采用樁基礎(chǔ)，需要特別注意抗拔的問(wèn)題。針對(duì)如何解決抗拔的問(wèn)題，本文給出了方案。

3.在截面相差不大的情況下，應(yīng)采取措施保證各柱水平剛度接近，減少水平力分配不均引起的結(jié)構(gòu)不利。

【參考文獻(xiàn)】

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