張 恒

1 工程概況

本工程為某選煤廠的煤轉(zhuǎn)載點(diǎn)至溢流煤倉皮帶輸煤鋼棧橋,棧橋跨度35 m,水平傾角8.5°,棧橋?yàn)殇撹旒芙Y(jié)構(gòu),兩端部為門式框架,支承在下部混凝土框架上,屋面和墻面結(jié)構(gòu)設(shè)柔性支撐,圍護(hù)為輕質(zhì)壓型鋼板復(fù)合板,橋面為帶肋鋼板上鋪水泥珍珠巖板。門式框架梁為焊接H型鋼 450×250×12×16,柱為焊接H型鋼400×250×12×20,樓面次梁為焊接H 型鋼200×200×8×12,屋面梁和桁架豎桿均為方鋼管140×5,桁架上弦和下弦桿均為雙角鋼L180×16,斜腹桿為雙角鋼 L125×12,L140×12,L140×14。

如圖1所示為棧橋結(jié)構(gòu)ANSYS模型,棧橋結(jié)構(gòu)的梁和柱采用ANSYS分析程序中的梁單元(Beam44)模擬,橋面板采用殼單元(Shell63)模擬,集中質(zhì)量采用質(zhì)量單元(Mass21)模擬。屋面板和墻面板整體性較差,未考慮其剛度貢獻(xiàn),僅將其質(zhì)量按集中質(zhì)量加在屋面和樓面結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上;皮帶輸煤機(jī)和煤的質(zhì)量按集中質(zhì)量加在樓面支承點(diǎn)節(jié)點(diǎn)上。

2 結(jié)構(gòu)計算

2.1 荷載取值

1)恒荷載:屋面檁條和面板:0.5 kN/m2;橋面墻梁和面板:0.5 k N/m2;樓面:2.0 kN/m2。2)活荷載:屋面:0.5 kN/m2;樓面:3.0 k N/m2。3)風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓為0.4 k N/m2;,地面粗糙類型為B類。4)雪荷載:0.3 kN/m2。5)地震作用:抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計基本地震加速度為0.15g,設(shè)計地震分組為第一組。

2.2 荷載組合

建筑物安全等級為二級,重要性系數(shù)取1.0,分項(xiàng)系數(shù)、組合系數(shù)按GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范選取。參與組合的荷載:恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載、地震荷載。計算的6種荷載組合如下:

1)1.20 恒荷載+1.40活荷載;

2)1.20 恒荷載+1.40風(fēng)荷載;

3)1.20 恒荷載+1.40×0.50活荷載+1.30地震荷載;

4)1.35 恒荷載+1.40×0.70活荷載+1.40×0.60風(fēng)荷載;

5)1.35 恒荷載+1.40×0.70活荷載;

6)1.35 恒荷載+1.40×0.60風(fēng)荷載。

2.3 計算結(jié)果

本工程結(jié)構(gòu)采用同濟(jì)大學(xué)編制的3D3S軟件進(jìn)行設(shè)計計算,采用有限元程序ANSYS進(jìn)行校核計算。

1)結(jié)構(gòu)的動力特性計算。結(jié)構(gòu)前10個振型自振頻率結(jié)果如表1所示,部分振型圖如圖2所示。

表1 結(jié)構(gòu)自振頻率

由棧橋結(jié)構(gòu)的動力特性可知,結(jié)構(gòu)較多振型集中在平面外彎曲和彎扭,且第一振型為平面外平動,說明結(jié)構(gòu)的平面外剛度較小,這也充分體現(xiàn)了棧橋結(jié)構(gòu)的動力特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)的頻率值可得結(jié)構(gòu)基頻1.587 4 Hz,結(jié)構(gòu)剛度在正常范圍,同時振型均為整體振型,表明結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理。

2)結(jié)構(gòu)的靜力計算。由于篇幅的限制,本文的結(jié)構(gòu)靜力考慮了以上各組合進(jìn)行計算。各組合工況下結(jié)構(gòu)最大位移計算結(jié)果如表2所示,結(jié)構(gòu)單元的最大應(yīng)力如表3所示。

表2 結(jié)構(gòu)最大位移 mm

表3 結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力 N/mm2

由表2,表3可知,在各組合工況下,棧橋屋面、橋面和桁架各構(gòu)件應(yīng)力均滿足設(shè)計要求,結(jié)構(gòu)水平和豎向位移最大值也滿足正常使用的要求。

3 結(jié)語

通過3D3S設(shè)計計算和有限元程序ANSYS校核結(jié)果表明:各個桿件的強(qiáng)度、穩(wěn)定和長細(xì)比均符合規(guī)范要求,該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,滿足設(shè)計、施工和使用的要求。

[1]GB 50009-2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].