粗碎工段結(jié)構(gòu)整體計算方法

李 浩

(北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

0 前 言

粗碎工段是選礦工藝中的一個重要環(huán)節(jié)。粗碎工段的受礦倉、擋土墻、地下通廊及設(shè)備基礎(chǔ)等混凝土用量大，土建施工費用高。傳統(tǒng)的設(shè)計方法，往往是采用構(gòu)件設(shè)計法，即受礦倉、擋土墻、地下通廊等單獨計算，不考慮各部分之間的相互作用，設(shè)計相對保守，存在優(yōu)化空間。

本文通過對料倉、相關(guān)范圍內(nèi)的擋土墻、部分地下通廊、重板給料機基礎(chǔ)及操作平臺的整體建模，介紹了該部分粗碎工段的整體計算方法。

1 結(jié)構(gòu)概況

某項目粗碎工段由原礦受料倉、重板給料機和顎式破碎機三部分組成。根據(jù)工藝布置方案，利用原有場地地形并進行部分填方，形成12.5 m高差，此處設(shè)置一段扶壁式擋土墻。原礦受礦倉平面尺寸6 m×7 m，側(cè)壁高1.5 m，漏斗高度4 m，在漏斗邊緣處設(shè)置暗梁。受礦倉下為重板給料機及鄂式破碎機，重板給料機基礎(chǔ)為框架式，顎式破碎機基礎(chǔ)為塊體基礎(chǔ)，為減輕振動影響，在顎式破碎機與重板給料機基礎(chǔ)之間設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。重板給料機及顎式破碎機下設(shè)置地下通廊，通過皮帶將礦石運往下一段工序，地下通廊采用混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)整體模型如圖1所示。

(a)前軸測圖

2 整體計算方法

2.1 粗碎工段單元模擬及邊界條件

擋土墻選用扶壁式擋墻，底板、側(cè)壁及扶壁均采用板單元模擬。

受料倉側(cè)壁及漏斗均采用板單元模擬。漏斗口處布置有暗梁，采用梁單元模擬。

地下通廊底板及側(cè)壁采用板單元模擬。

重板給料機的框架式基礎(chǔ)，梁、柱采用梁單元模擬。柱底支撐在地下通廊底板上，柱底彎矩較小，按鉸接考慮。

底板與土接觸采用彈性連接模擬，由基床系數(shù)及單元面積計算彈簧剛度，節(jié)點彈性連接可限制底板豎向變形。在底板四角設(shè)置節(jié)點限制水平位移的支座，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

2.2 荷載及荷載組合

結(jié)構(gòu)作用主要可分為永久作用和可變作用兩類。永久作用應(yīng)包括結(jié)構(gòu)自重、土壓力、設(shè)備自重、地基的不均勻沉降等；可變作用應(yīng)包括礦石料重、設(shè)備運行荷載、檢修荷載，地面堆載等。

土壓力采用朗肯土壓力理論計算[1]，基本假定為：墻背垂直；墻背表面光滑；填土表面與水平面夾角為0；不考慮墻厚填土的粘聚力。

重板給料機支座通過預(yù)埋件與框架式基礎(chǔ)相連，荷載以線荷載形式施加在框架梁上。

根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50077-2017)[2]，受礦倉為低壁淺倉，貯料壓力垂直作用于側(cè)壁及漏斗壁上。

檢修荷載以均布荷載形式施加在樓面上。操作平面的均布荷載為4 kN/m2，吊裝檢修平面的均布荷載為8 kN/m2。

承載能級極限狀態(tài)計算時，采用荷載效應(yīng)的基本組合。其荷載分項系數(shù)按下列規(guī)定選用：結(jié)構(gòu)自重取1.2，貯料荷載取1.3，平臺活荷載取1.3(標(biāo)準(zhǔn)值>4 kN/m2)[3-4]。

2.3 計算結(jié)果與分析

按承載力極限狀態(tài)驗算，根據(jù)荷載基本組合得到應(yīng)力計算結(jié)果；按正常使用極限狀態(tài)驗算，根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合得到變形計算結(jié)果。

1)基礎(chǔ)底板應(yīng)力及變形如圖2所示，在擋土墻底板上由于豎向土壓力的有利作用，應(yīng)力很小，地下通廊處沒有土壓力，應(yīng)力稍大，角部由于設(shè)置了限制水平位移的支座，局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，可忽略不計。由于水平土壓力作用，基礎(chǔ)底板前端沉降較大；豎向荷載通過擋墻傳遞到基礎(chǔ)底板，墻根處豎向變形比其他位置大。

(a)基礎(chǔ)底板應(yīng)力云圖

(b)基礎(chǔ)底板變形云圖

2)擋土墻側(cè)壁應(yīng)力及變形如圖3所示，擋土墻主要承受水平土壓力作用，扶壁柱之間的擋土墻中下部應(yīng)力比較大，計算結(jié)果可以看出，扶壁柱的支撐作用明顯。由位移云圖可以看出，擋土墻頂部變形最大，緩沖倉處側(cè)墻剛度較大，此處的變形比擋墻頂部小。

(a)擋土墻應(yīng)力云圖

(b)擋土墻變形云圖

3)重板給料機框架的應(yīng)力及變形如圖4所示，為避免較大振動，重板給料機的梁柱截面尺寸較大，框架的梁柱應(yīng)力均不大。由于框架與擋土墻相連，框架的變形主要是水平變形，在設(shè)計時，應(yīng)適當(dāng)增加最外側(cè)框架梁柱的配筋。

(a)重板給料機框架應(yīng)力云圖

(b)重板給料機框架變形云圖

3 結(jié) 論

1)整體計算方法可充分考慮受礦倉、擋土墻、地下通廊及重板給料機框架等的相互影響，計算結(jié)果較傳統(tǒng)方法更加準(zhǔn)確。

2)重板給料機框架剛度小，受擋墻變形影響較大，設(shè)計時宜適當(dāng)加大縱筋并全高加密箍筋，以增大框架柱的延性。

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