火力發(fā)電廠輸煤棧橋設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

摘要：輸煤棧橋是火力發(fā)電廠重要的建筑物，其形式一般為鋼筋混凝土柱或鋼柱支撐起鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)桁架上部結(jié)構(gòu)，棧橋內(nèi)部布置有輸煤皮帶機(jī)、檢修通道、電纜橋架等。輸煤棧橋的柱位布置需要考慮周邊建構(gòu)筑物的布置、地下管線的排布，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性的跨度。輸煤棧橋的建模計(jì)算通常需要借助有限元軟件完成，需滿足強(qiáng)度、撓度的要求，同時(shí)兼顧美觀和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠 輸煤棧橋 結(jié)構(gòu)布置 有限元方法

Abstract： Coal conveying trestle is an important building in thermal power plant. Its form is generally reinforced concrete column or steel column to support the continuous truss superstructure of steel structure. The inside of the trestle is equipped with coal conveying belt conveyor， maintenance channel， cable bridge， etc. For the column layout of coal conveying trestle， surrounding buildings and structures， underground pipelines and the economic span shall be considered. The modeling calculation of coal conveying trestle usually needs to be completed with the help of finite element software， which should meet the requirements of strength and deflection as well as aesthetics and economy.

Key Words： Thermal power plant; Coal conveying trestle; Structural layout; Finite element method

1概述

輸煤棧橋作為發(fā)電廠的“血管”，串起煤場(chǎng)、轉(zhuǎn)運(yùn)站和主廠房煤倉(cāng)間，為汽輪發(fā)電機(jī)提供原料保證。輸煤棧橋形式一般為鋼筋混凝土柱或鋼柱支撐起鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)桁架上部結(jié)構(gòu)，棧橋內(nèi)部布置有輸煤皮帶機(jī)、檢修通道、電纜橋架等[1-3]。棧橋按功能需求分為封閉式和敞開式;按輸煤量的大小可布置單條或多條輸煤皮帶機(jī)，由于皮帶機(jī)的限制，輸煤棧橋的傾斜角度通常為0°～16°，當(dāng)傾斜角度大于10°時(shí)，檢修通道需設(shè)置踏步供檢修使用。

2結(jié)構(gòu)布置

2.1柱位布置

輸煤棧橋柱的布置和棧橋間距的確定，需結(jié)合總平面布置圖，充分考慮道路、周圍建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)、地下管線、零米設(shè)備、雨水管和雨水井，避免發(fā)生碰撞。要結(jié)合周圍建筑物開門的位置，注意避讓，棧橋柱與門保證有1m以上的凈距?？绲缆?、鐵路處的棧橋需滿足各個(gè)維度的凈空要求，一般來(lái)說(shuō)，棧橋桁架底距離道路凈空需大于5m，距鐵路凈空需大于6.6m[4];棧橋柱距道路路肩的凈距需大于1m，距鐵路中心線凈距需大于4.5m。

2.2結(jié)構(gòu)選型

首先需根據(jù)工藝專業(yè)要求，確定采用露天棧橋還是封閉棧橋。對(duì)低矮且跨度不大的輸煤棧橋，棧橋橋身及下部柱子宜采用鋼筋混凝土柱;當(dāng)跨度超過(guò)18m時(shí)，棧橋橋身結(jié)構(gòu)宜采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，下部柱子可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱或鋼柱。

輸煤棧橋的設(shè)計(jì)在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下，應(yīng)兼顧美觀性，尤其是連接煤倉(cāng)間的輸煤棧橋，高度通常比較高，宜采用大跨度棧橋及鋼管柱或格構(gòu)式鋼柱。

2.3上部結(jié)構(gòu)布置

由于鋼筋混凝土橋身的輸煤棧橋通常應(yīng)用于跨度較小的情況，因而此處的上部結(jié)構(gòu)僅討論鋼桁架橋身的結(jié)構(gòu)。在上部結(jié)構(gòu)布置時(shí)，凈空高度主要受皮帶機(jī)運(yùn)行、電纜橋架布置等因素限制;超大跨度棧橋（通常指跨度大于30m）的鋼桁架高度由跨高比經(jīng)計(jì)算確定。采用鋼筋混凝土柱且上部鋼桁架與柱鉸接時(shí)，地上封閉棧橋的伸縮縫間距不宜超過(guò)130m，露天棧橋的伸縮縫間距不宜超過(guò)100m;輸煤棧橋采用鋼柱時(shí)，地上封閉棧橋的伸縮縫間距不宜超過(guò)150m，露天棧橋的伸縮縫間距不宜超過(guò)120m;地下運(yùn)煤廊道伸縮縫間距不宜超過(guò)30m。

棧橋鋼桁架沿縱向兩端支座處設(shè)置門式剛架，其梁柱按照剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。棧橋沿縱向宜設(shè)置剛性跨，剛性跨柱距一般定為6～7m為宜。

棧橋鋼桁架的屋面沿縱向全長(zhǎng)設(shè)置上弦水平支撐;對(duì)于采用壓型做底模的鋼筋混凝土橋面板，當(dāng)棧橋跨度<24m時(shí)可不設(shè)置下弦水平支撐，當(dāng)棧橋跨度≥24m時(shí)需在桁架兩端設(shè)置下弦水平支撐。但在樓面混凝土強(qiáng)度未達(dá)到時(shí)需采取措施保證棧橋樓面結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定。

輸煤棧橋鋼桁架的上下弦桿宜采用熱軋H型鋼，腹桿宜采用方鋼管、圓鋼管或者雙角鋼，力求輕巧美觀，施工方便。露天棧橋的鋼桁架形式宜采用倒三角管桁架。

輸煤棧橋的鋼筋混凝土柱截面高度可取H/25～H/20（H為基礎(chǔ)頂面至棧橋鋼桁架支座底的距離）;棧橋鋼筋混凝土柱間橫梁間距宜取8～10m，橫梁要均分棧橋柱高度。

2.4其他注意事項(xiàng)

（1）輸煤棧橋與相鄰建筑物之間應(yīng)按照《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL5022-2012第11.8.1條設(shè)置抗震縫。

（2）輸煤棧橋長(zhǎng)度超過(guò)150m時(shí)應(yīng)設(shè)置安全疏散樓梯，安全疏散樓梯宜布置在剛性跨位置處。

（3）輸煤棧橋兩端與相鄰建筑連接處，可采用懸臂結(jié)構(gòu)與相鄰建筑完全分開或設(shè)置成滑動(dòng)支座;輸煤棧橋中間支座設(shè)置為鉸支座。

（4）材料類型的選用上，強(qiáng)度控制的構(gòu)件盡量采用Q355鋼材，可減小構(gòu)件截面;非強(qiáng)度控制的構(gòu)件如水平支撐等構(gòu)件采用Q235鋼材。

（5）棧橋橋面板上所有開孔四周需設(shè)擋水沿，鋼桁架棧橋橋面板沿兩側(cè)縱向需通長(zhǎng)設(shè)1m高防水反沿。

（6）封閉式運(yùn)煤棧橋火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類，耐火等級(jí)為二級(jí)，當(dāng)未設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，其鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)采取防火保護(hù)措施[5]。

3主要設(shè)計(jì)步驟

3.1設(shè)計(jì)需使用的規(guī)范

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）、《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5022-2012）。

3.2設(shè)計(jì)需要的接口資料

（1）輸煤棧橋總圖布置。

（2）皮帶機(jī)布置及支腿荷載。

（3）建筑布置圖。

（4）電纜橋架布置及荷載提資。

（5）巖土工程勘察報(bào)告。

（6）其他放置在棧橋內(nèi)部的如排水、消防設(shè)備布置及荷載等。

3.3主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3.1載類型

（1）恒載（DL）：主要包括柱、梁、桁架、樓板等結(jié)構(gòu)自重。

當(dāng)棧橋傾斜角度大于10°，樓板自重需考慮踏步，踏步高度通常為100～130mm。

（2）活載（LL）：主要包括屋面活載（RL）、橋面活載（LL）和皮帶機(jī)或其他設(shè)備荷載等（QL）。

屋面活載按上人與不上人，分別取2kN/m2或0.7kN/m2。

橋面活載在計(jì)算鋼桁架及棧橋混凝土柱時(shí)，在明確了皮帶機(jī)支腿力并如實(shí)加載后，可按2kN/m2考慮（僅走道范圍），在計(jì)算橋面板及橋面次梁時(shí)按4kN/m2考慮。

根據(jù)《火電廠和核電廠常規(guī)島主廠房荷載設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5095-2013第4.4.3條，輸煤棧橋上運(yùn)輸皮帶機(jī)支腿力需考慮動(dòng)力系數(shù)1.25且此荷載作用方向是垂直棧橋面的。

（3）風(fēng)荷載（WL）按X和Y的正負(fù)向分別表示為WLX+，WLX-，WLY+，WLY-。

（4）地震作用（EQ）按X和Y向分別表示為EX，EY。

3.3.2載組合

（1）基本組合。

1.3/1.0DL+1.5（QL+LL+RL）

1.3/1.0DL+1.5WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.3/1.0DL +1.5*0.7（QL+LL）+1.5 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.3DL+1.5（QL+LL）+1.5*0.6 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.2（DL+ QL+0.5LL）+1.3EX/EY

1.0（DL+ QL+0.5LL）+1.3EX/EY

（2）標(biāo)準(zhǔn)組合。

1.0DL+1.0（QL+LL+RL）

1.0DL+1.0WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.0DL+1.0QL+1.0LL+0.6 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.0DL+1.0QL+0.5LL+1.0 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.0（DL+ QL+0.5LL）+1.0EX/EY

3.4建模計(jì)算

輸煤棧橋建模通常使用有限元軟件，如SAP2000、Midas等，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件如PKPM和YJK不方便對(duì)這種有傾斜梁的結(jié)構(gòu)建模。無(wú)論用哪種軟件，都推薦在AutoCAD中三維建模，生成DXF文件后導(dǎo)入有限元軟件中的方法[6]。用AutoCAD三維建模時(shí)，將桁架、水平支撐、橫梁、柱等不同桿件按類型分層，導(dǎo)入到有限元軟件中時(shí)導(dǎo)入一層，同時(shí)分組，這樣后期在有限元軟件中調(diào)整時(shí)可以分組調(diào)整，節(jié)省時(shí)間。

3.4.1構(gòu)構(gòu)件的簡(jiǎn)化

（1）鋼桁架端跨的門式鋼架，橫梁與鋼柱、屋面梁與鋼柱間均為剛接。

（2）鋼桁架中間跨橫梁與鋼柱、屋面梁與鋼柱、桁架上下弦與鋼柱均為鉸接;桁架腹桿與上下弦為鉸接;桁架鋼柱柱底與混凝土柱頭鉸接。

（3）棧橋柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)應(yīng)按垂直和平行棧橋兩個(gè)方向分別計(jì)算。計(jì)算長(zhǎng)度的取值按照《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL5022-2012第7.2.4條規(guī)定。

（4）輸煤棧橋一般按無(wú)側(cè)移結(jié)構(gòu)計(jì)算。

3.4.2計(jì)算結(jié)果

（1）模態(tài)分析結(jié)構(gòu)判斷。

第一二振型盡量是平動(dòng)，第三振型是扭轉(zhuǎn)，但輸煤棧橋過(guò)長(zhǎng)的時(shí)候有時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)理想的模態(tài)，但應(yīng)注意前幾階都是整體的模態(tài)，否則應(yīng)該加強(qiáng)局部震動(dòng)部分的剛度。振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)，即計(jì)算結(jié)果中質(zhì)量參與系數(shù)要達(dá)到90%以上。

（2）配筋或應(yīng)力比控制。

混凝土柱在滿足強(qiáng)度和抗震構(gòu)造的前提下，配筋率推薦控制在1.5%～2%;鋼桁架中構(gòu)件在滿足了穩(wěn)定前提下應(yīng)力可以控制在0.95以內(nèi)，但是為了鋼結(jié)構(gòu)采購(gòu)和加工便利，桿件截面類型不宜太多，還應(yīng)考慮桁架剛度、位移等其他因素，應(yīng)力比并不是選用桿件的唯一指標(biāo)，應(yīng)綜合考慮各方面因素。

（3）變形要求。

①根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附錄B.1.1鋼桁架允許撓度為永久荷載和可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值下為L(zhǎng)0/400（L0為構(gòu)件的計(jì)算跨度）。

②桁架上的鋼橫梁允許撓度為永久荷載和可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值下為L(zhǎng)0/250。

③柱頂位移與總高度之比不宜大于1/250。

4結(jié)語(yǔ)

輸煤棧橋作為重要的火電廠建筑物，在布置其柱位時(shí)需要考慮周邊構(gòu)筑物、管線的排布，需在棧橋中布置剛性跨，同時(shí)應(yīng)盡量選取經(jīng)濟(jì)的跨度。棧橋計(jì)算需借助有限元軟件來(lái)完成建模計(jì)算工作，在計(jì)算中需考慮棧橋承擔(dān)的各項(xiàng)荷載，并簡(jiǎn)化棧橋桿件之間的連接方式，從而得到正確的內(nèi)力和變形結(jié)果，指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。

參考文獻(xiàn)

[1]趙建龍.大跨度鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型及振動(dòng)控制研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2017.

[2]張秀兵.大跨度鋼管球節(jié)點(diǎn)輸煤棧橋設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2021，47（20）：44-46.

[3]趙鵬.某輸煤棧橋改擴(kuò)建設(shè)計(jì)與施工研究[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2019.

[4]尹貽新.上跨鐵路站場(chǎng)鋼桁架輸煤棧橋加固設(shè)計(jì)[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，29（3）：64-70，78.

[5]虞啟義，何雨航，徐良斌.電站輸煤棧橋消防設(shè)計(jì)的研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（20）：125-127.

[6]吳建新，王常劍.鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2018，51（S1）：5-11.

作者簡(jiǎn)介：馮穎（1986—），女，碩士，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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