某輸煤棧橋的結構設計

張 恒

1 工程概況

本工程為某選煤廠的煤轉載點至溢流煤倉皮帶輸煤鋼棧橋,棧橋跨度35 m,水平傾角8.5°,棧橋為鋼桁架結構,兩端部為門式框架,支承在下部混凝土框架上,屋面和墻面結構設柔性支撐,圍護為輕質壓型鋼板復合板,橋面為帶肋鋼板上鋪水泥珍珠巖板。門式框架梁為焊接H型鋼 450×250×12×16,柱為焊接H型鋼400×250×12×20,樓面次梁為焊接H 型鋼200×200×8×12,屋面梁和桁架豎桿均為方鋼管140×5,桁架上弦和下弦桿均為雙角鋼L180×16,斜腹桿為雙角鋼 L125×12,L140×12,L140×14。

如圖1所示為棧橋結構ANSYS模型,棧橋結構的梁和柱采用ANSYS分析程序中的梁單元(Beam44)模擬,橋面板采用殼單元(Shell63)模擬,集中質量采用質量單元(Mass21)模擬。屋面板和墻面板整體性較差,未考慮其剛度貢獻,僅將其質量按集中質量加在屋面和樓面結構節點上;皮帶輸煤機和煤的質量按集中質量加在樓面支承點節點上。

2 結構計算

2.1 荷載取值

1)恒荷載:屋面檁條和面板:0.5 kN/m2;橋面墻梁和面板:0.5 k N/m2;樓面:2.0 kN/m2。2)活荷載:屋面:0.5 kN/m2;樓面:3.0 k N/m2。3)風荷載:基本風壓為0.4 k N/m2;,地面粗糙類型為B類。4)雪荷載:0.3 kN/m2。5)地震作用:抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度為0.15g,設計地震分組為第一組。

2.2 荷載組合

建筑物安全等級為二級,重要性系數取1.0,分項系數、組合系數按GB 50009-2001建筑結構荷載規范選取。參與組合的荷載:恒荷載、活荷載、風荷載、地震荷載。計算的6種荷載組合如下:

1)1.20 恒荷載+1.40活荷載;

2)1.20 恒荷載+1.40風荷載;

3)1.20 恒荷載+1.40×0.50活荷載+1.30地震荷載;

4)1.35 恒荷載+1.40×0.70活荷載+1.40×0.60風荷載;

5)1.35 恒荷載+1.40×0.70活荷載;

6)1.35 恒荷載+1.40×0.60風荷載。

2.3 計算結果

本工程結構采用同濟大學編制的3D3S軟件進行設計計算,采用有限元程序ANSYS進行校核計算。

1)結構的動力特性計算。結構前10個振型自振頻率結果如表1所示,部分振型圖如圖2所示。

表1 結構自振頻率

由棧橋結構的動力特性可知,結構較多振型集中在平面外彎曲和彎扭,且第一振型為平面外平動,說明結構的平面外剛度較小,這也充分體現了棧橋結構的動力特點。從結構的頻率值可得結構基頻1.587 4 Hz,結構剛度在正常范圍,同時振型均為整體振型,表明結構設計比較合理。

2)結構的靜力計算。由于篇幅的限制,本文的結構靜力考慮了以上各組合進行計算。各組合工況下結構最大位移計算結果如表2所示,結構單元的最大應力如表3所示。

表2 結構最大位移 mm

表3 結構最大應力 N/mm2

由表2,表3可知,在各組合工況下,棧橋屋面、橋面和桁架各構件應力均滿足設計要求,結構水平和豎向位移最大值也滿足正常使用的要求。

3 結語

通過3D3S設計計算和有限元程序ANSYS校核結果表明:各個桿件的強度、穩定和長細比均符合規范要求,該結構穩定可靠,滿足設計、施工和使用的要求。

[1]GB 50009-2001,建筑結構荷載規范[S].

[2]GB 50017-2003,鋼結構設計規范[S].

[3]GB 50011-2001,建筑抗震設計規范[S].