鋼管桁架輸煤棧橋結構分析

韓寶峰，吳 靜

（太原理工大學結構實驗室，山西 太原 030024）

20世紀80年代至今一般采用角鋼桁架棧橋。一般地，角鋼桁架均采用單軸對稱的雙角鋼截面相比剛管桁架來說不能充分發揮出截面特性，同時加上存在陰角，其防腐費用很高。對于施工來說，現場焊接的工作量大，常有漏焊現象。而空心球鋼管桁架憑借鋼量節省、安裝制作方便、造價低的特點被很多業主及設計單位廣泛采用?，F階段對棧橋的設計主要以簡化為單榀桁架計算為主，本文主要通過sap2000對某鋼管桁架棧橋整體分析與pkpm軟件所計算的單榀桁架進行對比。

1 工程概況

根據工藝提供的資料及場地條件限制，棧橋斜向跨度為2.3m×12=27.6 m，坡度為35°。上部設計為沿桁架縱向滑動鉸支座用于釋放溫度、地震及其他偶然荷載作用下產生的位移，下部設置固定鉸支座。鋼管桁架三維示意圖見圖1。

圖1 鋼管桁架三維示意圖

2 鋼管桁架整體模型分析

選用sap2000分析軟件對鋼管桁架進行結構整體分析，得到相應內力及結構的整體變形。

2.1 荷載取值

根據輸煤系統工藝提供的資料，結合《建筑結構荷載規范》（GB50009—2001）（2006年版），荷載取值如下：

（1）屋面恒荷載：0.5 kN/m2，樓面恒荷載：3.0 kN/m2。

（2）不上人屋面活荷載：0.5 kN/m2，樓面活荷載：4.0 kN/m2。

（3）基本風壓：0.5 kN/m2。

（4）基本雪壓：0.4 kN/m2。

場地類別為Π類，抗震設防烈度為8度，地震加速度為0.2 g，設計地震分組為一組，抗震設防分類為丙類。

2.2 荷載組合

根據現行荷載規范，本結構荷載基本組合分別考慮了由可變荷載和永久荷載控制的組合，其中，恒荷載分項系數分別取1.2和1.35；活荷載及風荷載分項系數取1.4。對于組合系數，恒荷載取1.0，活荷載取0.7，風荷載取0.6。在地震作用參與的組合中，分項系數取1.3。

2.3 結構內力及變形

2.3.1 結構內力分析

采用sap2000軟件對結構進行整體分析。把屋面及樓面恒荷載、活荷載及風荷載按節點力施加在上下弦節點上，采用上述荷載組合對結構整體進行分析得到，結構在基本組合中由可變荷載控制的組合，即1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6風荷載下桿件內力最大。在其組合下結構軸力云圖見圖2。

圖2 最大荷載組合下軸力云圖

從軸力云圖中可以定向地得到結構下弦受拉、上弦受壓；跨中桿件內力最大，這些預期結果和基本力學概念吻合。提取結構內力得到結構在上述荷載組合下上弦最大內力桿件單元為57號，其值為449.52 kN（壓力）；下弦最大內力桿件單元為53號，其值為458 kN（拉力）。

2.3.2 結構變形分析

結構整體變形分析見圖3。

圖3 鋼管桁架變形圖

從結構的整體變形可以分析出，跨中變形最大。在荷載標準組合:1.0恒荷載+1.0活荷載+0.6X風荷載作用下結構Z向及X向撓度均達到最大，分別為26.04 mm及24.3 mm。在荷載標準組合下結構最大撓度滿足小于L/400，滿足規范要求。

3 單榀桁架分析

選用結構設計軟件PKPM取單榀桁架進行結構內力及變形分析。荷載取值及荷載組合和整體模型中相同，且荷載均以節點力的形式加載到上下弦節點上。

3.1 結構內力分析

把屋面及樓面恒荷載、活荷載及風荷載按節點力施加在上下弦節點上，采用上述荷載組合對結構整體進行分析得到。結構在基本組合中由可變荷載控制的組合，即1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6風荷載下桿件內力最大。在其組合下結構軸力見圖4。

圖4 結構軸力包絡圖

對結構取單榀桁架計算結果為上弦受壓，在控制組合作用下最大軸力為440 kN；下弦為受拉，在控制組合作用下最大軸力為456 kN。這個內力結構與整體分析結構基本相同。可見，簡化模型計算的可行性。

3.2 結構變形分析

對結構單榀計算得到的節點最大撓度為23.12 mm，與整體模型計算結果相比較，撓度值偏小。

4 結論

（1）通常設計中采用上部支座采用沿桁架縱向滑動鉸支座，一般為滾軸支座和橡膠墊支座，可有效釋放溫度及其他偶然荷載作用下引起的位移。

（2）對結構整體進行分析得到的內力比簡化分析得到的相差不多，因為整體模型中，考慮了風荷載效應，但水平撐桿具有一定的剛度，分擔了單榀主桁架結構內力，所以得到的結構內力及撓度值相差不多，這為結構單榀計算提供了依據。

（3）在風荷載較大的情況下，單取一榀桁架進行分析存在不利因素。

（4）鋼管桁架棧橋造型簡單，相比角鋼桁架棧橋相對經濟。最為重要的是鋼管桁架棧橋施工方便，但對于下弦暴露于空氣中的球節點需要注重防腐。