范 寶 寶

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100000)

?

談選煤廠大跨度鋼桁架棧橋的選型與設計

范 寶 寶

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100000)

介紹了選煤廠大跨度鋼桁架棧橋的結構體系，分析了主桁架與水平支撐桁架的結構型式，并結合工程實例，闡述了大跨度鋼桁架的設計方法，對選煤廠洗煤生產工作的正常運行有一定的意義。

鋼桁架，結構體系，門架支撐，腹桿

0 引言

選煤廠中的輸煤鋼桁架棧橋是整個廠區(qū)煤炭運輸系統(tǒng)的重要組成部分，發(fā)揮著運輸原煤和洗后產品的功能。在選煤廠的建設中，約20%～30%的土建費用都消耗在輸煤鋼桁架棧橋中，所以輸煤鋼桁架棧橋的型式和結構設計將直接影響到選煤廠廠區(qū)的施工建設速度和投產運營周期。其結構型式的合理、安全對選煤廠的洗煤生產正常運行有著巨大的作用。

鋼桁架棧橋自重輕，強度大，設置在跨度大和較高建(構)筑物之間，極大的減少鋼桁架棧橋的支腿布置，也方便整個選煤廠廠區(qū)的交通，因此在現代選煤廠建設中大跨度的輸煤鋼桁架棧橋被廣泛采用。從設計理論和消耗鋼量上來說大跨度的輸煤鋼桁架棧橋相對跨小多榀的輸煤鋼桁架也是經濟合理的。

1 結構體系

鋼桁架棧橋是通過兩個平行的側立面桁架和上部、下部兩個水平支撐桁架組合而成。側面鋼桁架是由上弦桿、下弦桿及腹桿互相連接組成，其中上、下弦桿一般為連續(xù)桿件，腹桿則通過節(jié)點板與弦桿連接(主要為焊接)。其組成的鋼桁架可承擔豎向荷載，又可作為骨架圍護結構的穩(wěn)定。屋面板和樓面板搭接在側面鋼桁架的上、下弦桿上，計算時假定上下弦桿連續(xù)為剛節(jié)點，腹桿與弦桿為鉸接節(jié)點。上下弦鋼桁架節(jié)點處設置水平支撐及橫梁，形成水平桁架，用以傳遞水平荷載。鋼桁架的端門架為鋼桁架兩端的主要支撐物，其主要作用是抵抗鋼桁架風荷載并提供側向剛度，保證鋼桁架穩(wěn)定，將鋼桁架荷載與風載傳遞給相連結構。端門架柱子主要為壓彎構件，端門架梁主要為受彎構件。布置鋼桁架時，應使腹桿垂直于弦桿，且宜分鋼桁架節(jié)間數為偶數。若不能為偶數時，中部節(jié)間應采用交叉雙向斜腹桿?？臻g鋼桁架內部要求通過皮帶運輸機及檢修人員，不能設置交叉支撐，這個空間桁架結構體系是可變的，為避免上、下弦支撐桁架在風荷載作用下產生錯動，應在棧橋鋼桁架端部及支座位置設置封閉鋼架。

2 結構選型

2.1 主桁架的結構型式

無下?lián)蔚拇罂缍蠕撹旒苌舷覘U內力受壓，其內力分布規(guī)律為從鋼桁架上弦桿兩端至中間段，內力值逐步增加直至達到最大值。下弦桿內力受拉，其內力分布規(guī)律為從鋼桁架下弦桿兩端至中間段，內力值逐步增加至最大值。鋼桁架腹桿的內力分布規(guī)律為兩端內力值最大往中間段逐步減小，且壓桿與拉桿互相交替。帶下?lián)蔚拇罂缍蠕撹旒軛驗槌o定結構，受力比較復雜，在條件允許時應優(yōu)先考慮設計不帶下?lián)舞旒埽敆蚩缍忍蠖O計不帶下?lián)螣o法滿足要求時再考慮設計帶下?lián)舞旒?。根據鋼桁架的腹桿和有無下?lián)蔚牟贾眯问?，可以將鋼桁架分為以下四種，見圖1。

其中，圖1a)為下傾式腹桿體系；圖1b)為三角形腹桿體系；圖1c)為傾斜式腹桿體系；圖1d)為帶下?lián)舞旒荏w系。在選煤廠建設中，輸煤鋼桁架棧橋沒有動力荷載，主鋼桁架受力規(guī)律不會出現變化。在理論計算中下傾式腹桿體系優(yōu)于三角形腹桿體系，因為在受力計算中下傾式腹桿體系的腹桿都為拉力，規(guī)范規(guī)定拉桿長細比較大，因此腹桿截面選取相對較小，可節(jié)省材料。而三角形腹桿體系中有一半腹桿為壓桿，壓桿長細比規(guī)范規(guī)定比較小，故與拉桿相比選取的截面會增大，稍有浪費。但是從整榀鋼桁架剛度和穩(wěn)定層次考慮，三角形腹桿體系則優(yōu)于下傾式腹桿體系。

2.2 水平支撐桁架的結構型式

鋼桁架棧橋水平支撐是整榀鋼桁架的重要組成部分，其主要作用是抵抗水平荷載，保證結構穩(wěn)定，并將其所受水平荷載傳至門架柱。鋼桁架棧橋的水平支撐有多種布置形式，一般設計時根據皮帶走廊寬度主要有以下兩種布置形式：圖2a)為十字交叉腹桿體系；圖2b)為交叉斜腹桿體系。

在實際工程設計中，如果鋼桁架棧橋走廊寬度不大時，一般采用十字交叉腹桿體系，這種體系桁架剛度大，用料較省，計算假定為鉸接節(jié)點，屬于靜定結構，可用力法求出各桿內力。當棧橋走廊寬度較大時，為了避免桁架支撐腹桿過長，超過規(guī)范容許長細比，常常采用交叉斜腹桿體系，即在桁架中部加設一根輔助弦桿，通過連接節(jié)點與腹桿相連，可以有效的降低腹桿的長細比，控制弦桿選型。

2.3 門架支撐

鋼桁架棧橋應在桁架兩端增設封閉回行門架，鋼桁架的端門架作為支撐整榀桁架的支座，維持鋼桁架主桁架的穩(wěn)定，增加鋼桁架整榀桁架的穩(wěn)定，保證主桁架受力只承擔豎向作用的荷載，因此鋼桁架兩端門架應具有足夠的強度和承載力，能充分承擔主桁架所傳來的豎向荷載和水平支撐桁架所傳來的水平荷載。故設計時必須保證端門架的梁、柱連接點為剛接。為了抵抗鋼桁架棧橋因溫度效應所導致的變形和內應力，鋼桁架門架兩端支座處應一端做成輥軸，另一端做成固定鉸接。

3 工程實例

現以河南大有能源股份有限公司耿村煤礦選煤廠升級改造項目5號轉載點至6號轉載點帶式輸送機棧橋的一段為例進行鋼桁架設計。已知條件：鋼桁架棧橋軸線寬5.3 m，矢高2.8 m，總長33 m，節(jié)間數12，節(jié)間距離2.75 m，整榀桁架總風載100 kN，樓面處每節(jié)點恒荷載28 kN，樓面處每節(jié)點活荷載22 kN，屋面處每節(jié)點恒荷載8.2 kN，屋面處每節(jié)點活荷載4.4 kN。地震設防烈度6度，設計基本地震加速度0.05g,設計地震分組第三組，建筑場地類別Ⅱ類，風荷載0.4 kN/m2，整體傾斜13.4°，門架柱HM200×294。本設計采用無下?lián)稳切胃箺U體系，所有桿件連接點處均以鉸接處理，使用PKPM鋼結構中桁架計算單元計算主桁架桿件內力，結果見表1。表1中所給鋼桁架桿件(雙角鋼組合構件)為從左至右依次排列且呈對稱布置，根據桁架桿件內力設計桁架節(jié)點，即可確定節(jié)點板厚度以及長寬大小。

表1 桿件內力計算結果

4 結語

1)通過調整鋼桁架棧橋腹桿的布置方式，可以得到不同的桁架結構型式和受力機制。大跨度鋼桁架棧橋因其強度高，耗材少，能有效地降低占有廠區(qū)面積等突出優(yōu)點，被選煤廠等煤炭工業(yè)領域廣泛應用。2)鋼桁架棧橋在設計時，節(jié)間數宜分為偶數，桿件應對稱布置。3)鋼桁架棧橋的計算原理是將腹桿與上、下弦桿的相接的節(jié)點設為鉸接，從而以力法求出各桿內力。鋼桁架棧橋的門架結構主要是提供整榀桁架的側向剛度，保證整榀桁架的穩(wěn)定并將其所受水平荷載傳遞給支柱相連的結構構件。所以在設計中應將鋼桁架棧橋兩端門架的梁柱節(jié)點設計為剛接。4)鋼桁架棧橋的支座應設計成一端固定鉸支、另一端滑動鉸支，如此可以有效釋放由于溫度及其他縱向荷載引起的結構縱向變形，保證鋼桁架的整體穩(wěn)定。

[1] Kiureghian A D,Neuenhofer A.Response spectrum method for multi-support seismic Excitations[J].Earthquake Engineering & Structural Dynamics,1992,21(8):713-740.

[2] 于良科.鋼棧橋設計與施工[J].山西建筑,2007,33(24):306-307.

[3] 李正坤.大跨度輸煤棧橋結構抗震性能分析[D].西安：西安建筑科技大學,2011.

[4] 楊鄂川.大跨度電廠輸煤棧橋的靜力及抗震分析[D].重慶：重慶大學,2006.

[5] GB 50017—2003，鋼結構設計規(guī)范[S].

[6] 文慧波.帶式輸送機通廊鋼結構設計[J].工程設計與研究，2009(2)：29-35.

Selection and design of large-span steel truss trestle bridge in coal preparation plant

Fan Baobao

(CCTEGBeijingHuayuEngineeringCo.,Ltd,Beijing100000,China)

The paper introduces structural system of large-span steel truss trestle bridge of the coal preparation plant,analyzes structural forms of major truss and horizontal bearing truss,and describes large-span steel truss design methods by combining with engineering examples,which has certain meaning for normal coal washing operation of the coal preparation plant.

steel truss,structural system,door-frame support,web member

1009-6825(2016)29-0045-03

2016-08-02

范寶寶(1986- )，男，工程師

U442.54

A