【摘要】本文介紹了管狀帶式輸送機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了圓管帶式輸送機(jī)平行弦桁架梁所承受的載荷和各桿件的受力情況，以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多層連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)的溫度補(bǔ)償，對(duì)發(fā)生失穩(wěn)的管帶機(jī)桁架進(jìn)行了改造。

【關(guān)鍵詞】管狀帶輸送機(jī)；桁架梁；穩(wěn)定性；溫度補(bǔ)償；焊接

一、概況

管狀帶式輸送機(jī)是由日本普利司通TPE公司于1964年提出，經(jīng)過(guò)十余年的研究和試驗(yàn)，七十年代末進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。與普通皮帶機(jī)相比，其具有密閉輸送物料、輸送機(jī)可沿空間曲線布置、實(shí)現(xiàn)大傾角輸送、中間輸送段寬度小等特點(diǎn)。秦皇島港二十萬(wàn)噸礦石泊位的裝車線于2006年建成并投產(chǎn)使用，裝車線的BG2皮帶機(jī)就是管狀帶式輸送機(jī)，由中國(guó)華電公司設(shè)計(jì)制造，單程總長(zhǎng)2200米，運(yùn)量3000噸/小時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎半徑302米。2013年在檢查中發(fā)現(xiàn)BG2管帶機(jī)GJ-32廊身2/3位置，上弦角鋼接頭處嚴(yán)重扭曲變形，下弦角鋼下?lián)?51毫米，安全隱患嚴(yán)重。為此，對(duì)管帶機(jī)桁架受力進(jìn)行了分析。

二、鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)失效

大跨度桁架結(jié)構(gòu)是管狀帶式輸送機(jī)的重要組成部分，BG2管帶機(jī)機(jī)身與托輥支撐端盤組成框架結(jié)構(gòu)。

1、BG2管帶機(jī)桁架梁受力分析及強(qiáng)度校核

1.1桁架梁載荷內(nèi)力計(jì)算

BG2管帶機(jī)為常用的平行桁架梁結(jié)構(gòu)，其載荷組合主要包含：自重載荷、輸送帶載荷、物料載荷、托輥窗載荷和風(fēng)載荷等。桁架梁為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，載荷為對(duì)稱載荷，弦桿內(nèi)力由兩端向中間遞增?，F(xiàn)場(chǎng)變形部位接近最危險(xiǎn)的中間弦桿，且為弦桿拼接處。因此，運(yùn)用截面法來(lái)計(jì)算：

桁架梁跨度24m，桁架梁高度1850mm，窗體間距為a=1500mm，所受載荷：自重10KN/m，雪載荷800N/m，風(fēng)載荷900N/M。最危險(xiǎn)弦桿軸力為：

N=-299KN

摩擦載荷Qf：輸送帶正常工作時(shí)，與托輥接觸產(chǎn)生摩擦載荷，在此載荷下托輥產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，此摩擦載荷只有很少部分作用于托輥窗體，可忽略不計(jì)。

1.2強(qiáng)度校核

當(dāng)水平布置無(wú)彎曲桁架梁只受垂直方向載荷時(shí)，桁架梁上弦桿受壓，為壓桿；桁架梁下弦桿受拉，為拉桿；若桁架梁在水平方向還受風(fēng)載荷時(shí)，上下弦桿受兩個(gè)方向載荷，其強(qiáng)度條件如下：

1.3剛度校核

桁架是彈性系統(tǒng)，受載后將產(chǎn)生撓曲變形，其變形由自重載荷和作用在桁架上的其他載荷共同引起。沒(méi)有預(yù)加拱度的桁架，要按全部作用載荷計(jì)算撓度，有預(yù)拱度的桁架，自重產(chǎn)生的撓度已在預(yù)拱中考慮，只需計(jì)算其他載荷對(duì)桁架產(chǎn)生的靜撓度（不計(jì)動(dòng)力系數(shù)）。

等截面弦桿的簡(jiǎn)支桁架

式中：q——均布載荷；

L——桁架跨度；

；

I——桁架上、下弦桿毛截面積對(duì)重心的慣性矩；

1.2——考慮腹桿變形的影響系數(shù)；

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1依據(jù)圖紙對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)在BG2管帶機(jī)廊身設(shè)計(jì)中設(shè)置了伸縮縫，但附屬結(jié)構(gòu)包括走臺(tái)角鋼和欄桿是連續(xù)焊接，未設(shè)置伸縮縫，在季節(jié)溫度變化作用下，其結(jié)合部位出現(xiàn)扭曲變形，導(dǎo)致走臺(tái)格柵板墜落。另外，由于支腿立柱頂部與廊身?xiàng)蚪佑|摩擦力的存在，導(dǎo)致實(shí)際荷載超過(guò)了材料的許用應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。這種溫度變化產(chǎn)生的荷載作用在支腿立柱頂部對(duì)支腿產(chǎn)生一定的彎矩，柔性支腿將變形傳遞、疊加，在剛性支腿處變形最大，并產(chǎn)生較大的溫度附加荷載。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定：當(dāng)露天結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長(zhǎng)度（伸縮縫間距）不大于120m時(shí)，一般不考慮溫度應(yīng)力及變形的影響，反之，要考慮對(duì)金屬結(jié)構(gòu)造成的不利影響（跨度方向）。BG2管帶機(jī)為露天金屬結(jié)構(gòu)，桁架梁?jiǎn)慰缈缍仍?0米左右，每相鄰兩段桁架梁應(yīng)為斷開(kāi)形式，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在梁端和立柱連接部分設(shè)置10-40mm的長(zhǎng)孔間隙（沿梁長(zhǎng)方向）以利桁架變形伸縮。另外，圓管帶式輸送機(jī)立柱部分設(shè)計(jì)時(shí)，大約120米左右要考慮采用布置兩個(gè)雙支柱的斷開(kāi)，以減少由于氣候溫度變化對(duì)鋼結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生的溫度載荷。

通過(guò)以上的分析計(jì)算，結(jié)構(gòu)扭曲變形和破壞出現(xiàn)在剛性支兩側(cè)，溫度變化應(yīng)該是破壞的主要原因。

2.2鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)不合理；

在檢查中發(fā)現(xiàn)變形的弦桿角鋼為單側(cè)焊接加固板連接，此結(jié)構(gòu)已被證實(shí)應(yīng)力集中系數(shù)較高，應(yīng)采用對(duì)接焊縫。當(dāng)桁架的跨度較大時(shí)，弦桿就需要拼接，普通桁架弦桿的拼接位置可設(shè)置在節(jié)點(diǎn)上，也可設(shè)置在節(jié)間內(nèi)，后者構(gòu)造簡(jiǎn)單，接頭宜設(shè)置在距節(jié)點(diǎn)約1/6處（為節(jié)間長(zhǎng)），該處由弦桿自重產(chǎn)生的彎矩接近于零，只需按軸向力計(jì)算拼接。弦桿的拼接應(yīng)離開(kāi)受力大的跨中央至少1～2個(gè)節(jié)距。弦桿的焊接拼接宜用帶坡口的直縫對(duì)接和等強(qiáng)度的斜縫對(duì)接。如有困難時(shí)也可用拼接板來(lái)加強(qiáng)直縫對(duì)接，但不允許只用拼接板來(lái)連接，這種構(gòu)造應(yīng)力集中過(guò)大。角鋼宜用斜置的拼接板加強(qiáng)而不用拼接角鋼。

2.3設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足。

BG2管帶機(jī)GJ-32廊身跨度25米，上下弦角鋼采用L100×100×8規(guī)格，與之相鄰的GJ-32廊身跨度28米，上下弦角鋼采用L140×140×12規(guī)格。在強(qiáng)度校核時(shí)按角鋼100×100計(jì)算，接近于材料許應(yīng)力而采用140×140角鋼時(shí)，計(jì)算值為117MPa符合工程設(shè)計(jì)實(shí)際需要。

由于以上原因?qū)е略诮Y(jié)構(gòu)薄弱部位產(chǎn)生了失穩(wěn)破壞，皮帶機(jī)運(yùn)行中系統(tǒng)振動(dòng)以及部分聯(lián)接件銹蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命的影響也不容忽視。

三、改造方案

1、連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)斷開(kāi)，留伸縮縫：

需要在構(gòu)造上保證結(jié)構(gòu)的溫度變形不要受到約束。大跨空間結(jié)構(gòu)對(duì)溫度敏感，溫度作用的影響簡(jiǎn)單計(jì)算：

對(duì)跨度為L(zhǎng)桁架，溫度升高或降低T℃，其變形為

δ=aLT，

a=1.2×10-5（Q235鋼材的線膨脹系數(shù)）。

以廊身GJ-32長(zhǎng)度25.5米計(jì)算，秦皇島歷年最大溫差（℃）：

δ=aLT=1.2×10-5×25.5×55=17（mm）

每30米跨度留20mm的伸縮縫，將走臺(tái)支撐角鋼斷開(kāi)改為螺栓長(zhǎng)孔連接，扶手欄桿斷開(kāi)留40mm伸縮縫。剛性支腿與廊身連接處單側(cè)改為長(zhǎng)孔，增加低摩擦系數(shù)墊板。同時(shí)去除支腿與其中一側(cè)廊身的連接螺栓，將其連接孔改為原孔徑×40mm的長(zhǎng)孔。同樣方法處理同一個(gè)支腿立柱上的另一側(cè)廊身連接處。

2、更換變形的上弦角鋼，采用L140×140×10角鋼。新舊角鋼接頭處斜角過(guò)度和斜度為1：5，對(duì)接處開(kāi)單邊60°坡口，焊縫采用雙側(cè)加固板，焊縫打磨后加蓋兩側(cè)加固板焊接，超聲波探傷UT100%。

四、總結(jié)

通過(guò)以上的改造，明顯減少了溫度變化對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞，同時(shí)優(yōu)化了管帶機(jī)的桁架鋼結(jié)構(gòu)，保證了設(shè)備的安全有效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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