摘要：輸煤棧橋是火力發(fā)電廠重要的建筑物，其形式一般為鋼筋混凝土柱或鋼柱支撐起鋼結構連續(xù)桁架上部結構，棧橋內部布置有輸煤皮帶機、檢修通道、電纜橋架等。輸煤棧橋的柱位布置需要考慮周邊建構筑物的布置、地下管線的排布，同時兼顧經濟性的跨度。輸煤棧橋的建模計算通常需要借助有限元軟件完成，需滿足強度、撓度的要求，同時兼顧美觀和經濟性。

關鍵詞：火力發(fā)電廠 輸煤棧橋 結構布置 有限元方法

Abstract： Coal conveying trestle is an important building in thermal power plant. Its form is generally reinforced concrete column or steel column to support the continuous truss superstructure of steel structure. The inside of the trestle is equipped with coal conveying belt conveyor， maintenance channel， cable bridge， etc. For the column layout of coal conveying trestle， surrounding buildings and structures， underground pipelines and the economic span shall be considered. The modeling calculation of coal conveying trestle usually needs to be completed with the help of finite element software， which should meet the requirements of strength and deflection as well as aesthetics and economy.

Key Words： Thermal power plant; Coal conveying trestle; Structural layout; Finite element method

1概述

輸煤棧橋作為發(fā)電廠的“血管”，串起煤場、轉運站和主廠房煤倉間，為汽輪發(fā)電機提供原料保證。輸煤棧橋形式一般為鋼筋混凝土柱或鋼柱支撐起鋼結構連續(xù)桁架上部結構，棧橋內部布置有輸煤皮帶機、檢修通道、電纜橋架等[1-3]。棧橋按功能需求分為封閉式和敞開式;按輸煤量的大小可布置單條或多條輸煤皮帶機，由于皮帶機的限制，輸煤棧橋的傾斜角度通常為0°～16°，當傾斜角度大于10°時，檢修通道需設置踏步供檢修使用。

2結構布置

2.1柱位布置

輸煤棧橋柱的布置和棧橋間距的確定，需結合總平面布置圖，充分考慮道路、周圍建（構）筑物的基礎、地下管線、零米設備、雨水管和雨水井，避免發(fā)生碰撞。要結合周圍建筑物開門的位置，注意避讓，棧橋柱與門保證有1m以上的凈距。跨道路、鐵路處的棧橋需滿足各個維度的凈空要求，一般來說，棧橋桁架底距離道路凈空需大于5m，距鐵路凈空需大于6.6m[4];棧橋柱距道路路肩的凈距需大于1m，距鐵路中心線凈距需大于4.5m。

2.2結構選型

首先需根據工藝專業(yè)要求，確定采用露天棧橋還是封閉棧橋。對低矮且跨度不大的輸煤棧橋，棧橋橋身及下部柱子宜采用鋼筋混凝土柱;當跨度超過18m時，棧橋橋身結構宜采用鋼桁架結構，下部柱子可采用現澆鋼筋混凝土柱或鋼柱。

輸煤棧橋的設計在滿足結構安全性的前提下，應兼顧美觀性，尤其是連接煤倉間的輸煤棧橋，高度通常比較高，宜采用大跨度棧橋及鋼管柱或格構式鋼柱。

2.3上部結構布置

由于鋼筋混凝土橋身的輸煤棧橋通常應用于跨度較小的情況，因而此處的上部結構僅討論鋼桁架橋身的結構。在上部結構布置時，凈空高度主要受皮帶機運行、電纜橋架布置等因素限制;超大跨度棧橋（通常指跨度大于30m）的鋼桁架高度由跨高比經計算確定。采用鋼筋混凝土柱且上部鋼桁架與柱鉸接時，地上封閉棧橋的伸縮縫間距不宜超過130m，露天棧橋的伸縮縫間距不宜超過100m;輸煤棧橋采用鋼柱時，地上封閉棧橋的伸縮縫間距不宜超過150m，露天棧橋的伸縮縫間距不宜超過120m;地下運煤廊道伸縮縫間距不宜超過30m。

棧橋鋼桁架沿縱向兩端支座處設置門式剛架，其梁柱按照剛性節(jié)點設計。棧橋沿縱向宜設置剛性跨，剛性跨柱距一般定為6～7m為宜。

棧橋鋼桁架的屋面沿縱向全長設置上弦水平支撐;對于采用壓型做底模的鋼筋混凝土橋面板，當棧橋跨度<24m時可不設置下弦水平支撐，當棧橋跨度≥24m時需在桁架兩端設置下弦水平支撐。但在樓面混凝土強度未達到時需采取措施保證棧橋樓面結構的側向穩(wěn)定。

輸煤棧橋鋼桁架的上下弦桿宜采用熱軋H型鋼，腹桿宜采用方鋼管、圓鋼管或者雙角鋼，力求輕巧美觀，施工方便。露天棧橋的鋼桁架形式宜采用倒三角管桁架。

輸煤棧橋的鋼筋混凝土柱截面高度可取H/25～H/20（H為基礎頂面至棧橋鋼桁架支座底的距離）;棧橋鋼筋混凝土柱間橫梁間距宜取8～10m，橫梁要均分棧橋柱高度。

2.4其他注意事項

（1）輸煤棧橋與相鄰建筑物之間應按照《火力發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)程》DL5022-2012第11.8.1條設置抗震縫。

（2）輸煤棧橋長度超過150m時應設置安全疏散樓梯，安全疏散樓梯宜布置在剛性跨位置處。

（3）輸煤棧橋兩端與相鄰建筑連接處，可采用懸臂結構與相鄰建筑完全分開或設置成滑動支座;輸煤棧橋中間支座設置為鉸支座。

（4）材料類型的選用上，強度控制的構件盡量采用Q355鋼材，可減小構件截面;非強度控制的構件如水平支撐等構件采用Q235鋼材。

（5）棧橋橋面板上所有開孔四周需設擋水沿，鋼桁架棧橋橋面板沿兩側縱向需通長設1m高防水反沿。

（6）封閉式運煤棧橋火災危險性為丙類，耐火等級為二級，當未設置自動滅火系統(tǒng)時，其鋼結構應采取防火保護措施[5]。

3主要設計步驟

3.1設計需使用的規(guī)范

《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）、《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）、《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）、《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）、《火力發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)程》（DL5022-2012）。

3.2設計需要的接口資料

（1）輸煤棧橋總圖布置。

（2）皮帶機布置及支腿荷載。

（3）建筑布置圖。

（4）電纜橋架布置及荷載提資。

（5）巖土工程勘察報告。

（6）其他放置在棧橋內部的如排水、消防設備布置及荷載等。

3.3主要設計參數

3.3.1載類型

（1）恒載（DL）：主要包括柱、梁、桁架、樓板等結構自重。

當棧橋傾斜角度大于10°，樓板自重需考慮踏步，踏步高度通常為100～130mm。

（2）活載（LL）：主要包括屋面活載（RL）、橋面活載（LL）和皮帶機或其他設備荷載等（QL）。

屋面活載按上人與不上人，分別取2kN/m2或0.7kN/m2。

橋面活載在計算鋼桁架及棧橋混凝土柱時，在明確了皮帶機支腿力并如實加載后，可按2kN/m2考慮（僅走道范圍），在計算橋面板及橋面次梁時按4kN/m2考慮。

根據《火電廠和核電廠常規(guī)島主廠房荷載設計技術規(guī)程》DL/T5095-2013第4.4.3條，輸煤棧橋上運輸皮帶機支腿力需考慮動力系數1.25且此荷載作用方向是垂直棧橋面的。

（3）風荷載（WL）按X和Y的正負向分別表示為WLX+，WLX-，WLY+，WLY-。

（4）地震作用（EQ）按X和Y向分別表示為EX，EY。

3.3.2載組合

（1）基本組合。

1.3/1.0DL+1.5（QL+LL+RL）

1.3/1.0DL+1.5WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.3/1.0DL +1.5*0.7（QL+LL）+1.5 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.3DL+1.5（QL+LL）+1.5*0.6 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.2（DL+ QL+0.5LL）+1.3EX/EY

1.0（DL+ QL+0.5LL）+1.3EX/EY

（2）標準組合。

1.0DL+1.0（QL+LL+RL）

1.0DL+1.0WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.0DL+1.0QL+1.0LL+0.6 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.0DL+1.0QL+0.5LL+1.0 WLX+/ WLX-/ WLY+/ WLY-

1.0（DL+ QL+0.5LL）+1.0EX/EY

3.4建模計算

輸煤棧橋建模通常使用有限元軟件，如SAP2000、Midas等，有些結構設計軟件如PKPM和YJK不方便對這種有傾斜梁的結構建模。無論用哪種軟件，都推薦在AutoCAD中三維建模，生成DXF文件后導入有限元軟件中的方法[6]。用AutoCAD三維建模時，將桁架、水平支撐、橫梁、柱等不同桿件按類型分層，導入到有限元軟件中時導入一層，同時分組，這樣后期在有限元軟件中調整時可以分組調整，節(jié)省時間。

3.4.1構構件的簡化

（1）鋼桁架端跨的門式鋼架，橫梁與鋼柱、屋面梁與鋼柱間均為剛接。

（2）鋼桁架中間跨橫梁與鋼柱、屋面梁與鋼柱、桁架上下弦與鋼柱均為鉸接;桁架腹桿與上下弦為鉸接;桁架鋼柱柱底與混凝土柱頭鉸接。

（3）棧橋柱的計算長度系數應按垂直和平行棧橋兩個方向分別計算。計算長度的取值按照《火力發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)程》DL5022-2012第7.2.4條規(guī)定。

（4）輸煤棧橋一般按無側移結構計算。

3.4.2計算結果

（1）模態(tài)分析結構判斷。

第一二振型盡量是平動，第三振型是扭轉，但輸煤棧橋過長的時候有時候不會出現理想的模態(tài)，但應注意前幾階都是整體的模態(tài)，否則應該加強局部震動部分的剛度。振型個數一般可以取振型參與質量達到總質量90%所需的振型數，即計算結果中質量參與系數要達到90%以上。

（2）配筋或應力比控制。

混凝土柱在滿足強度和抗震構造的前提下，配筋率推薦控制在1.5%～2%;鋼桁架中構件在滿足了穩(wěn)定前提下應力可以控制在0.95以內，但是為了鋼結構采購和加工便利，桿件截面類型不宜太多，還應考慮桁架剛度、位移等其他因素，應力比并不是選用桿件的唯一指標，應綜合考慮各方面因素。

（3）變形要求。

①根據《鋼結構設計標準》附錄B.1.1鋼桁架允許撓度為永久荷載和可變荷載標準值下為L0/400（L0為構件的計算跨度）。

②桁架上的鋼橫梁允許撓度為永久荷載和可變荷載標準值下為L0/250。

③柱頂位移與總高度之比不宜大于1/250。

4結語

輸煤棧橋作為重要的火電廠建筑物，在布置其柱位時需要考慮周邊構筑物、管線的排布，需在棧橋中布置剛性跨，同時應盡量選取經濟的跨度。棧橋計算需借助有限元軟件來完成建模計算工作，在計算中需考慮棧橋承擔的各項荷載，并簡化棧橋桿件之間的連接方式，從而得到正確的內力和變形結果，指導設計和施工。

參考文獻

[1]趙建龍.大跨度鋼結構輸煤棧橋結構選型及振動控制研究[D].西安：西安理工大學，2017.

[2]張秀兵.大跨度鋼管球節(jié)點輸煤棧橋設計[J].山西建筑，2021，47（20）：44-46.

[3]趙鵬.某輸煤棧橋改擴建設計與施工研究[D].邯鄲：河北工程大學，2019.

[4]尹貽新.上跨鐵路站場鋼桁架輸煤棧橋加固設計[J].山東交通學院學報，2021，29（3）：64-70，78.

[5]虞啟義，何雨航，徐良斌.電站輸煤棧橋消防設計的研究[J].中國設備工程，2020（20）：125-127.

[6]吳建新，王常劍.鋼結構輸煤棧橋的標準化設計與工程應用[J].武漢大學學報：工學版，2018，51（S1）：5-11.

作者簡介：馮穎（1986—），女，碩士，中級工程師，研究方向為發(fā)電廠土建結構設計。

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