張 彩 霞

(山西威德睦方煤礦設(shè)計(jì)咨詢有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

棧橋是煤礦礦井及選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主要是利用皮帶將井下煤或者外來煤輸送到篩分車間、主廠房、筒倉等建筑物。運(yùn)煤棧橋系統(tǒng)根據(jù)其承載性能的不同可以分為鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)以及砌體等結(jié)構(gòu)形式，這些方式中的鋼結(jié)構(gòu)可以達(dá)到外部美觀性的要求，施工具備較強(qiáng)的方便快捷性，更為關(guān)鍵的是具備較強(qiáng)的抗震性，所以稱為了當(dāng)前煤炭系統(tǒng)中使用的主要方式。

1 鋼棧橋結(jié)構(gòu)選型

1.1 棧橋桁架選型

通常情況下，針對(duì)大型跨度的運(yùn)煤棧橋，它的組成結(jié)構(gòu)包含了H型鋼、角鋼以及鋼管等配件組成。就目前而言，棧橋鋼桁架組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中的全拉式桁架中的較長斜腹桿即為拉桿，較短的腹桿則主要是承載結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效果非常高。此外鋼桁架下弦處設(shè)置了拉索的形式，在結(jié)構(gòu)中施以預(yù)應(yīng)力能夠?qū)崿F(xiàn)中心下降平移，在受到外部載荷的影響之后上弦桿受拉，這就具備了較高的承載性能，即滿足桁架受力體系，同時(shí)又滿足礦井運(yùn)煤工作的需要。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，H型鋼是使用頻率最高的一種結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)形式的主要優(yōu)勢在于如下幾點(diǎn)：

1)H型鋼兩個(gè)方向中的慣性矩是一致的，可以使得內(nèi)部的結(jié)構(gòu)體系更加的穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)性能比較強(qiáng)。

2)H型鋼弦桿與橋面在同一平面中，棧橋結(jié)構(gòu)中的兩側(cè)鋼桁架在空間位置上以及橋面水平橫向中剛度比較強(qiáng)，可以全面的提升結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3)屋面橫梁支撐點(diǎn)設(shè)置在弦桿的內(nèi)部位置上，要確保施工的節(jié)點(diǎn)位置與設(shè)計(jì)方案的一致性，同時(shí)還應(yīng)該保證棧橋空間計(jì)算的準(zhǔn)確性[1]。H型鋼棧橋鋼桁架中的受壓腹桿與上下弦節(jié)點(diǎn)處的連接是剛性的，各個(gè)連接位置具備較高的穩(wěn)定性。在計(jì)算角鋼桁架的時(shí)候，采用的方式主要是根據(jù)靜定結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)算的，在計(jì)算環(huán)節(jié)，可以忽略節(jié)點(diǎn)剛性產(chǎn)生的次彎矩問題，同時(shí)，在計(jì)算時(shí)，還需要掌握大跨度鋼桁架弦桿和腹桿截面剛度產(chǎn)生的偏差，如果存在的偏差較大，就會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)次彎矩方面的影響。不管是選擇哪一種桁架形式都應(yīng)該保證其滿足如下的幾個(gè)方面：

1)節(jié)間要保證為等距，節(jié)間數(shù)為偶數(shù)。如果無法滿足該要求，就應(yīng)該在中間位置上設(shè)置交叉腹桿。

2)其高度通常按照設(shè)定的要求，需要設(shè)置為1/8～1/10。但是，在設(shè)定高度的同時(shí)，還需要全面考慮到凈空高度尺寸。

3)在設(shè)置桁架節(jié)間長度時(shí)，需要對(duì)樓板部分高度進(jìn)行考慮，以保證它滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 桁架支撐體系

桁架的上下弦支撐結(jié)構(gòu)部分的主要作用就是能夠承載水平載荷，同時(shí)將這些載荷傳遞到支座結(jié)構(gòu)中，此時(shí)可以使得結(jié)構(gòu)剛性的增加，還能夠適當(dāng)?shù)母淖兤矫嬗?jì)算長度。一般情況下，在支撐設(shè)置時(shí)，其位置都是在上下弦位置上設(shè)置，而針對(duì)組合樓板來說，由于該結(jié)構(gòu)自身具備結(jié)構(gòu)功能，可以不采用支撐方式；而針對(duì)預(yù)制樓板設(shè)置時(shí)，需要按照實(shí)際的情況做好縱向水平的支撐，同時(shí)，還需要對(duì)交叉腹桿進(jìn)行設(shè)置，保證它和結(jié)構(gòu)之間存在的角度達(dá)到40°～50°。

在桁架支撐體系構(gòu)建的階段中，在進(jìn)行鋼屋架計(jì)算時(shí)，需要對(duì)上弦桿尺寸進(jìn)行掌握，同時(shí)對(duì)屋面板的尺寸進(jìn)行控制，保障兩者的數(shù)據(jù)一致，通常情況下，大跨度棧橋的支撐方式都是選擇輕型封閉的形式進(jìn)行的。在有檁結(jié)構(gòu)組成中，鋼桁架平面外上下弦尺寸通過在橫向支撐點(diǎn)之間的距離計(jì)算確定的，保證檁條與水平結(jié)構(gòu)部件的交叉位置連接牢固。棧橋橫向?qū)挾缺容^大的情況下，可以選擇第二種形式來作為支撐結(jié)構(gòu)的角度。

弦桿、橫梁以及水平斜桿等部件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系中，橫梁是非常關(guān)鍵的，其要達(dá)到剛性要求，見圖2。水平支撐的交叉位置上可以對(duì)橫梁要起到一定的支撐效果，橫梁長度可以減半，這樣就能可以彌補(bǔ)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)而造成的強(qiáng)度減弱的情況。比如，寬度尺寸為9 m的棧橋結(jié)構(gòu)形式，并不存在側(cè)向支撐的橫梁結(jié)構(gòu)，即使選擇使用型號(hào)最大的型鋼Ⅰ63c，其長系比λy=281.5>200，這就很難滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，如采用橫梁結(jié)構(gòu)和支撐交叉連接，能夠有效的提高其支撐強(qiáng)度[2]。

1.3 棧橋兩端門架

棧橋兩端門架是支撐水平桁架的基礎(chǔ)內(nèi)容，在實(shí)踐過程中，能夠?qū)⑺搅χ苯觽鬟f到支座結(jié)構(gòu)上，其可以達(dá)到橫向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與剛性的要求。在設(shè)計(jì)方案確定中，應(yīng)該確保梁柱連接位置實(shí)現(xiàn)剛性連接。

2 棧橋圍護(hù)結(jié)構(gòu)

一般情況下，棧橋圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，針對(duì)保溫要求不高的位置，在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用單層壓型鋼板進(jìn)行設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)摻顑?nèi)部結(jié)構(gòu)裸露在外界，由于受到環(huán)境因素的影響，在長期使用的過程中也會(huì)使得很多腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入到該結(jié)構(gòu)中，使用壽命會(huì)大大降低，一般其使用壽命都會(huì)在3年以下，同時(shí)，在受到腐蝕的影響下，其節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生銹蝕，嚴(yán)重的影響到焊接質(zhì)量，久而久之就會(huì)出現(xiàn)開裂等問題。由于需要對(duì)棧橋內(nèi)部進(jìn)行多次的沖洗處理，此時(shí)應(yīng)該對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的隔離與防護(hù)，這是經(jīng)濟(jì)性較好的設(shè)計(jì)方案。

對(duì)于環(huán)境溫度比較低的地區(qū)中，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到保溫問題，因此，在設(shè)計(jì)材料選擇時(shí)，可以選擇分離式保溫復(fù)合型鋼板，并且在設(shè)計(jì)過程中，可以將該材料設(shè)計(jì)到鋼桁架的外側(cè)位置，這主要是屋面位置比較高，不會(huì)產(chǎn)生積水現(xiàn)象，那么就不會(huì)給整體結(jié)構(gòu)造成影響。

此時(shí)可以應(yīng)用復(fù)合型鋼板進(jìn)行施工。在進(jìn)行全面的調(diào)查中可以發(fā)現(xiàn)，在桁架頂部節(jié)點(diǎn)位置上以及屋面梁腐蝕的程度比較情況。當(dāng)棧橋高度尺寸比較大的時(shí)候，因?yàn)閭?cè)向風(fēng)壓比較大，雨水也會(huì)給其他的結(jié)構(gòu)部分造成一定的影響，屋面需要進(jìn)行必要的排水，此時(shí)應(yīng)該根據(jù)棧橋的寬度、高度以及該地區(qū)的全年降水量等參數(shù)來設(shè)計(jì)合理的排水溝結(jié)構(gòu)。如果落水管下部在柱腳的位置上，在附近位置上應(yīng)該設(shè)置預(yù)防沖刷積水的設(shè)施[3]。

3 棧橋橋面

3.1 棧橋橋面結(jié)構(gòu)

一般情況下，棧橋橋面結(jié)構(gòu)形式可以分成兩種，分別為預(yù)制、現(xiàn)澆組合方式，這兩種形式所具備的承重性是不同的，預(yù)制樓面在施工的過程中應(yīng)該將樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝施工，其施工比較方便快捷。在鋪設(shè)施工過程中，現(xiàn)澆組合方式，主要采用型鋼作為施工底模，然后按照整體工程的施工需要設(shè)置相應(yīng)的支撐體系，這種形式可以降低材料的使用量，并且整體性比較強(qiáng)，施工比較方便快捷。

3.2 橋面伸縮縫

在處理橋面伸縮縫的過程中，必須要做好樓面結(jié)構(gòu)伸縮縫和棧橋距離的控制，要保證兩者間的距離相等，根據(jù)相關(guān)研究可知，導(dǎo)致橋面產(chǎn)生伸縮縫的原因有以下幾點(diǎn)：

1)由于棧橋橋面厚度不大，并且混凝土在短期內(nèi)就完成凝結(jié)，同時(shí)，澆筑工程已完畢，那么只能采用人工的方式進(jìn)行施工，而人工施工采用的時(shí)間很長，那么混凝土澆筑跟不上節(jié)奏，這就導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，澆筑的過程中也不會(huì)受到外部環(huán)境的影響，凝結(jié)過程中其水分蒸發(fā)速度比較快，所以在施工完成后并不會(huì)出現(xiàn)裂縫的問題。

2)棧橋橋梁的設(shè)計(jì)載荷值為3 kN/m2～4 kN/m2，在設(shè)計(jì)中，棧橋皮帶架支座的下部位置上還設(shè)置了次梁的形式，載荷可以不經(jīng)過樓板就向下傳遞，樓板內(nèi)部設(shè)置的縱向鋼筋可以提升整體結(jié)構(gòu)的承載性能。

3)棧橋結(jié)構(gòu)縱向跨度尺寸比較大，所以豎性撓度也比較大，可以將其作為溫度變形控制的主要結(jié)構(gòu)形式，由于鋼結(jié)構(gòu)和橋面施工位置受到溫度變化的影響，因此，當(dāng)橋面受到約束時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致伸縮縫問題出現(xiàn)。

4 結(jié)語

在輸煤棧橋設(shè)計(jì)時(shí)想要提高設(shè)計(jì)水平，就需要從設(shè)計(jì)現(xiàn)狀出發(fā)將影響輸煤棧橋設(shè)計(jì)的問題找出，并且采取有效的措施進(jìn)行處理。唯有如此，才能提高輸煤棧橋設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。