林山明 游文源 陳日新

珀挺機(jī)械工業(yè)(廈門)有限公司

輸煤系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)棧橋的選型和設(shè)計(jì)

林山明 游文源 陳日新

珀挺機(jī)械工業(yè)(廈門)有限公司

近幾年來(lái)，隨著鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，鋼棧橋在工業(yè)建筑有了較大的發(fā)展趨勢(shì)。特別是全國(guó)各地大量興建和改建焦化廠和洗煤廠，鋼結(jié)構(gòu)棧橋更是以其結(jié)構(gòu)自重輕、整體性好、施工速度快的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)大跨度輸煤棧橋中得到廣泛應(yīng)用。本文就輸煤系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)棧橋的選型和設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了探討，希望為以后的具體工作起到實(shí)際參考作用。

結(jié)構(gòu)體系；棧橋；網(wǎng)架

1、棧橋結(jié)構(gòu)的主要體系

就目前國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋而言，主要有3種結(jié)構(gòu)形式：角鋼或其他型鋼桁架結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和鋼管桁架結(jié)構(gòu)。角鋼或其他型鋼桁架結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)主要采用傳統(tǒng)的角鋼或其他型鋼，它是現(xiàn)階段棧橋結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式，有多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟，比較安全可靠。其中，鋼桁架既起到了承受荷載的作用，又為封閉體系提供了骨架，因此，用于封閉式棧橋較為合理。該體系是由兩個(gè)側(cè)面的鋼桁架和上、下弦水平支撐構(gòu)成。鋼桁架是由上弦、下弦及腹桿構(gòu)成。其中，鋼桁架弦桿為連續(xù)桿，腹桿通過(guò)節(jié)點(diǎn)板與弦桿連接。為保證棧橋有足夠的空間剛度，應(yīng)在頂部用橫梁與兩桁架的端豎桿組成門型剛架，以保證棧橋的橫向穩(wěn)定性。棧橋橫向風(fēng)荷載由沿棧橋通長(zhǎng)設(shè)置的桁架上、下弦縱向水平支撐承受。棧橋兩側(cè)及屋面通常采用輕型封閉，這樣棧橋結(jié)構(gòu)體系實(shí)際上是一個(gè)由受力桁架和上、下弦水平支撐桁架組成的空間桁架體系，見圖1。

1.1 承重桁架承重桁架一般采用帶有輔助豎桿的三角形腹桿系桁架，見圖2

圖2

三角形腹桿系桁架只有向跨中方向傾斜的斜腹桿才是受拉的，其余所有斜腹桿和一半以上的豎桿都是受壓的，并且這種桁架是對(duì)稱的，給計(jì)算和畫圖帶來(lái)方便。圖2形式的桁架受力比較合理；桁架在有角度時(shí)，選用比較方便。桁架的節(jié)間長(zhǎng)度需根據(jù)樓板和屋面板在構(gòu)造上的合理性來(lái)確定，由于樓板通常是放在橫梁上的，而橫梁又是支在弦桿的節(jié)點(diǎn)上，所以樓板的跨度應(yīng)為桁架的節(jié)間長(zhǎng)度。節(jié)間的劃分應(yīng)等距，一般控制在2.2m～2.5m，并力求為偶數(shù)，當(dāng)分不出偶數(shù)時(shí)，中央節(jié)間最好采用交叉腹桿形式。桁架弦桿和腹桿之間的連接角在構(gòu)造上一般為35°～55°。

1.2 桁架上、下弦支撐

它是用來(lái)承受桁架側(cè)面的水平風(fēng)載和其他水平荷載，并將這些荷載傳至支座，同時(shí)也增加桁架的空間剛度，還可改變弦桿的平面外計(jì)算長(zhǎng)度。支撐布置在桁架的上、下弦平面內(nèi)，因此桁架的弦桿也是支撐的弦桿。若樓板和屋面板均為整體板，則可不設(shè)支撐，否則應(yīng)當(dāng)設(shè)置支撐。交叉腹桿是最簡(jiǎn)單的也是最方便的。當(dāng)在荷載方向改變的情況下，交叉腹桿體系是合理的，對(duì)風(fēng)載或地震是適用的。斜腹桿只考慮承受拉力，豎桿承受壓力。斜腹桿的角度最好為40°～50°。

1.3 棧橋兩端門架

棧橋兩端門架是桁架支撐形成的水平桁架的支點(diǎn)，桁架支撐將棧橋的水平作用力通過(guò)兩端門架傳向支座，它能保證棧橋在橫向的剛度及穩(wěn)定。所以，門架也是支承桁架的端支座，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證梁、柱連接點(diǎn)為剛接。同時(shí)其立柱也是承重桁架的組成部分(端豎桿)。立柱截面的選擇必須考慮兩者的內(nèi)力組合，有上斜桿的承重桁架其端門架的立柱內(nèi)力為零桿。端門架的橫梁及立柱通常選用雙槽鋼或工字鋼，立柱的底部基板必須與地面平行，從而斜棧橋承重桁架在重力作用下不產(chǎn)生水平滑移。

2、棧橋支座支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

應(yīng)滿足計(jì)算假定，通常斜桁架下部支座節(jié)點(diǎn)可設(shè)計(jì)成固定鉸支座，而中部和上部支座節(jié)點(diǎn)可設(shè)置成沿桁架長(zhǎng)向可滑動(dòng)的支座，這樣可避免在地震或其他偶然荷載作用下，由于桁架兩端建筑位移大小、方向不一致而引起的破壞。通?？稍谥胁亢蜕喜恐ё录釉O(shè)橡膠墊板以滿足計(jì)算假定，但應(yīng)注意的是，在承重桁架的平面外，應(yīng)采取措施，保證支座與下部支承結(jié)構(gòu)間不能產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，以保證結(jié)構(gòu)的整體安全。

3、棧橋圍護(hù)結(jié)構(gòu)

對(duì)無(wú)保溫要求的棧橋可采用單層壓型鋼板封閉。此形式由于棧橋內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)暴露，即使橋面兩側(cè)設(shè)有擋水護(hù)沿，但運(yùn)行時(shí)沖洗水飛濺及煤內(nèi)腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，大大縮短了棧橋的使用壽命，某此類形式的工程，運(yùn)行投產(chǎn)不到3年，棧橋鋼桁架下弦節(jié)點(diǎn)附近就已銹蝕嚴(yán)重，節(jié)點(diǎn)處連接焊縫已經(jīng)到很難辨認(rèn)的程度。較便宜的單層壓型鋼板僅略高于鋼結(jié)構(gòu)一次維護(hù)的費(fèi)用，因此，考慮棧橋內(nèi)部沖洗次數(shù)比較頻繁，對(duì)鋼桁架采取有效的隔離措施進(jìn)行保護(hù)，是經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)方案。

實(shí)際調(diào)查也表明桁架頂部節(jié)點(diǎn)及屋面梁腐蝕程度輕微。當(dāng)棧橋高度較大時(shí)，由于側(cè)向風(fēng)壓較大，為了避免雨水對(duì)棧橋附近其他設(shè)施的影響，屋面應(yīng)采用有組織排水，根據(jù)棧橋?qū)挾?、跨度以及地區(qū)降雨量的不同，在支架處設(shè)置天溝，落水管沿支架柱向下接入附近排水溝。如落水管下端僅到柱腳時(shí)，應(yīng)在附近地面做預(yù)防沖刷和積水的處理。根據(jù)輕鋼屋面的要求，屋面排水坡度通常為10%～35%，因此當(dāng)棧橋傾角小于6°、縱向長(zhǎng)度較大時(shí)，屋面應(yīng)按自由落水設(shè)計(jì)。棧橋橫向?qū)挾容^小，如果采用雙坡屋面，則排水坡度可適當(dāng)減小。

4、棧橋橋面

4.1 棧橋橋面結(jié)構(gòu)

棧橋樓面結(jié)構(gòu)可分為預(yù)制樓面和現(xiàn)澆組合樓面兩種形式。兩種結(jié)構(gòu)的自重基本相同，預(yù)制樓面施工中有預(yù)制板吊裝工作，施工周期相對(duì)較短。現(xiàn)澆組合樓面鋪設(shè)壓型鋼板作為底模，組合樓面需要增設(shè)縱向次梁支承樓面板，但組合樓板可大幅降低橋面橫向鋼梁的用鋼量，而且使樓面的整體性得到增加，省去了下弦水平縱向支撐及安裝工序。

4.2 橋面伸縮縫

實(shí)踐證明樓面結(jié)構(gòu)伸縮縫的間距可與棧橋相同，通過(guò)分析可歸結(jié)為以下幾方面原因，棧橋橋面厚度較薄，內(nèi)部凝結(jié)所需時(shí)間較短，而且澆筑混凝土?xí)r棧橋已經(jīng)封閉，澆筑工作只能采取人工作業(yè)，所以施工速度較緩慢，混凝土不會(huì)產(chǎn)生整體收縮，澆筑好的混凝土受外界環(huán)境影響較小，凝結(jié)時(shí)內(nèi)部水分不會(huì)蒸發(fā)太快，因此即使橋面較長(zhǎng)，也不會(huì)在凝結(jié)后產(chǎn)生裂縫棧橋橋面設(shè)計(jì)活荷載取值為3～4kN/m2，而實(shí)際上棧橋皮帶架支腿下設(shè)有次梁，主要活荷載不通過(guò)樓面板進(jìn)行傳遞，樓板內(nèi)富裕的縱向鋼筋完全可以抵抗棧橋縱向溫度應(yīng)力，預(yù)制橋面板上整澆層也具有此作用。

[1]胡瑞星.輸煤棧橋鋼桁架的動(dòng)力特性分析及振動(dòng)控制研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2012.

[2]閆芳芳.某大跨度鋼結(jié)構(gòu)棧橋的抗震性能研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2013.