輸煤系統鋼結構棧橋的選型和設計

林山明 游文源 陳日新

珀挺機械工業(廈門)有限公司

輸煤系統鋼結構棧橋的選型和設計

林山明 游文源 陳日新

珀挺機械工業(廈門)有限公司

近幾年來，隨著鋼結構的迅速發展，鋼棧橋在工業建筑有了較大的發展趨勢。特別是全國各地大量興建和改建焦化廠和洗煤廠，鋼結構棧橋更是以其結構自重輕、整體性好、施工速度快的優勢，在我國大跨度輸煤棧橋中得到廣泛應用。本文就輸煤系統鋼結構棧橋的選型和設計方面進行了探討，希望為以后的具體工作起到實際參考作用。

結構體系；棧橋；網架

1、棧橋結構的主要體系

就目前國內出現的鋼結構輸煤棧橋而言，主要有3種結構形式：角鋼或其他型鋼桁架結構、空間網架結構和鋼管桁架結構。角鋼或其他型鋼桁架結構這種結構主要采用傳統的角鋼或其他型鋼，它是現階段棧橋結構的主導結構形式，有多年的工程實踐經驗，技術成熟，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。該體系是由兩個側面的鋼桁架和上、下弦水平支撐構成。鋼桁架是由上弦、下弦及腹桿構成。其中，鋼桁架弦桿為連續桿，腹桿通過節點板與弦桿連接。為保證棧橋有足夠的空間剛度，應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定性。棧橋橫向風荷載由沿棧橋通長設置的桁架上、下弦縱向水平支撐承受。棧橋兩側及屋面通常采用輕型封閉，這樣棧橋結構體系實際上是一個由受力桁架和上、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，并且這種桁架是對稱的，給計算和畫圖帶來方便。圖2形式的桁架受力比較合理；桁架在有角度時，選用比較方便。桁架的節間長度需根據樓板和屋面板在構造上的合理性來確定，由于樓板通常是放在橫梁上的，而橫梁又是支在弦桿的節點上，所以樓板的跨度應為桁架的節間長度。節間的劃分應等距，一般控制在2.2m～2.5m，并力求為偶數，當分不出偶數時，中央節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造上一般為35°～55°。

1.2 桁架上、下弦支撐

它是用來承受桁架側面的水平風載和其他水平荷載，并將這些荷載傳至支座，同時也增加桁架的空間剛度，還可改變弦桿的平面外計算長度。支撐布置在桁架的上、下弦平面內，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，則可不設支撐，否則應當設置支撐。交叉腹桿是最簡單的也是最方便的。當在荷載方向改變的情況下，交叉腹桿體系是合理的，對風載或地震是適用的。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，桁架支撐將棧橋的水平作用力通過兩端門架傳向支座，它能保證棧橋在橫向的剛度及穩定。所以，門架也是支承桁架的端支座，設計時必須保證梁、柱連接點為剛接。同時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力組合，有上斜桿的承重桁架其端門架的立柱內力為零桿。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生水平滑移。

2、棧橋支座支座節點的設計

應滿足計算假定，通常斜桁架下部支座節點可設計成固定鉸支座，而中部和上部支座節點可設置成沿桁架長向可滑動的支座，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。通常可在中部和上部支座下加設橡膠墊板以滿足計算假定，但應注意的是，在承重桁架的平面外，應采取措施，保證支座與下部支承結構間不能產生錯動，以保證結構的整體安全。

3、棧橋圍護結構

對無保溫要求的棧橋可采用單層壓型鋼板封閉。此形式由于棧橋內部鋼結構暴露，即使橋面兩側設有擋水護沿，但運行時沖洗水飛濺及煤內腐蝕性物質的侵蝕，大大縮短了棧橋的使用壽命，某此類形式的工程，運行投產不到3年，棧橋鋼桁架下弦節點附近就已銹蝕嚴重，節點處連接焊縫已經到很難辨認的程度。較便宜的單層壓型鋼板僅略高于鋼結構一次維護的費用，因此，考慮棧橋內部沖洗次數比較頻繁，對鋼桁架采取有效的隔離措施進行保護，是經濟、合理的設計方案。

實際調查也表明桁架頂部節點及屋面梁腐蝕程度輕微。當棧橋高度較大時，由于側向風壓較大，為了避免雨水對棧橋附近其他設施的影響，屋面應采用有組織排水，根據棧橋寬度、跨度以及地區降雨量的不同，在支架處設置天溝，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，應在附近地面做預防沖刷和積水的處理。根據輕鋼屋面的要求，屋面排水坡度通常為10%～35%，因此當棧橋傾角小于6°、縱向長度較大時，屋面應按自由落水設計。棧橋橫向寬度較小，如果采用雙坡屋面，則排水坡度可適當減小。

4、棧橋橋面

4.1 棧橋橋面結構

棧橋樓面結構可分為預制樓面和現澆組合樓面兩種形式。兩種結構的自重基本相同，預制樓面施工中有預制板吊裝工作，施工周期相對較短。現澆組合樓面鋪設壓型鋼板作為底模，組合樓面需要增設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

實踐證明樓面結構伸縮縫的間距可與棧橋相同，通過分析可歸結為以下幾方面原因，棧橋橋面厚度較薄，內部凝結所需時間較短，而且澆筑混凝土時棧橋已經封閉，澆筑工作只能采取人工作業，所以施工速度較緩慢，混凝土不會產生整體收縮，澆筑好的混凝土受外界環境影響較小，凝結時內部水分不會蒸發太快，因此即使橋面較長，也不會在凝結后產生裂縫棧橋橋面設計活荷載取值為3～4kN/m2，而實際上棧橋皮帶架支腿下設有次梁，主要活荷載不通過樓面板進行傳遞，樓板內富裕的縱向鋼筋完全可以抵抗棧橋縱向溫度應力，預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力特性分析及振動控制研究[D].西安建筑科技大學，2012.

[2]閆芳芳.某大跨度鋼結構棧橋的抗震性能研究[D].西安建筑科技大學，2013.