模塊式管桁架在輸煤棧橋中的研究與應用

楊 小 軍

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

在煤礦、選煤廠、電廠中有大量的棧橋，尤其在選煤廠及化工和電廠的輸煤系統中，棧橋在土建總投資中占的比例較大，為了降低工程造價，為國家節能減排，提升設計水平、增強專業技能，在工業建筑中實現國家倡導的裝配式綠色施工，我公司研發了模塊式管桁架棧橋，在輸煤系統首次使用，在中煤平朔電廠輸煤系統中實施。本文就模塊式管桁架棧橋的結構形式、節點形式、項目組裝、拼接等作以介紹。

1 項目背景

管桁架目前在民用建筑市場應用較多，在工業建筑應用較少，據了解管桁架輸煤棧橋在神華國華壽光電廠一期的輸煤系統、山東龍口煤礦、陜北韓家灣煤礦均有應用案例，但都沒有采用模塊化設計制作模式。管桁架采用傳統桁架受力體系，技術成熟，桁架主桿件由傳統桁架的角鋼替換為鋼管，適用于各種棧橋寬度和跨度，適應性更強。

國家在一直倡導裝配式建筑，我公司吸取了裝配式建筑在工廠標準化模塊加工、現場拼裝的特點，提出了模塊式管桁架棧橋。與傳統角鋼棧橋相比，模塊式管桁架棧橋的用鋼量少、造價低，可以實現在工廠模塊化制作，也具有抗腐蝕耐久性好、現場拼裝、施工速度快等特點。設計時采用PMSAP復雜空間結構計算軟件和3D3S鋼結構空間軟件對模塊式管桁架棧橋進行結構計算，模塊式管桁架棧橋結構方案各項指標均滿足設計規范要求。表1為36 m跨度，3.8 m寬，3.0 m高的管桁架，應力比控制在0.8左右的位移指標。

表1 36 m跨度，3.8 m寬，3.0 m高棧橋的位移指標表 mm

2 項目必要性

項目必要性有三個方面：

1)為了降低工程造價，為我公司總承包項目獲得更大利潤。

在大多數的輸煤系統中棧橋的投資占的比例較大，在平魯輸煤系統中土建工程(概算)總投資為7 602萬元，其中棧橋占6 248萬元，占到整個土建工程總造價的82%，棧橋決定著整個項目的利潤，只有優化棧橋才能獲得更大的利潤。

2)為實現裝配式綠色施工。

裝配式建筑是建筑行業發展的趨勢，現在在各行業中大量的采用，采用工廠模塊化制作，既能提高施工質量，又能節約施工場地；在現場拼裝，既能減少勞動力，又能提高施工速度，實現綠色施工，提高環保要求。

3)提升設計水平，增強專業技能。

棧橋在所有領域中，在煤炭系統占的比例最大，且在選煤廠的土建工程量中占的比重比較大，而目前大多數是沿用傳統的角鋼棧橋，并且采用傳統的二維計算，要想做到更經濟只有通過三維空間計算，更接近實際情況，通過設計人不斷的研究學習，既提高個人水平，又能提升單位競爭力。

3 管桁架結構形式

管桁架是由鋼管及型鋼制成的傳統桁架受力體系，技術成熟。鋼管截面封閉，剪心、形心重合，其對稱截面形式使得截面慣性矩對各軸相同，有利于單一構件的穩定設計。與其他形式的型鋼桁架相比，抗彎剛度、抗扭剛度較大，可提供非常優良的受力特性并減輕結構自重，外形美觀。桁架主桿件由傳統桁架的角鋼替換為鋼管，適用于各種棧橋寬度和跨度，適應性更強。它具有以下優點：

1)管桁架棧橋制作安裝方便，利用五維數控切割機將桿件端部按節點相貫線切割下料，可直接連接形成相貫節點，節省了節點板和角鋼組合墊板的材料；并使桿件直接傳力，改善了桁架受力性能，同時也減少角鋼節點板焊接不當對桿件造成的損傷。

2)相比其他型鋼而言，管桁架組合模塊式棧橋具有表面平整，無死角等特點；有利于節省防腐和防火涂料，也便于清理表面污染。鋼管和大氣接觸表面積小，易于防護，在節點處沒有積留濕氣及大量灰塵的死角和凹槽，使用期間維護更為方便。而且管件在全長和端部封閉后，管件內部不易生銹。

管桁架的結構形式分為兩種：一種為倒三角形管桁架模型圖(見圖1)；另一種為四邊形管桁架空間圖(見圖2,圖3)。

經計算兩種結構形式的用鋼量基本一樣，倒三角形結構受力好，但是輸煤棧橋跨越場區公路、鐵路，有時離地面比較近，無法使用倒三角形空間管桁架，最終選擇四邊形空間管桁架結構形式。

4 節點連接形式確定

1)主桁架桿件的節點連接采用相貫焊縫連接，比傳統的角鋼棧橋減少了節點板，見圖4。

2)桁架下弦橫梁主要是受彎，鋼管的抗彎剛度沒有H型鋼大，所有下弦橫梁均采用H型鋼，連接節點見圖4。

3)便于施工桁架的拼接節點均采用法蘭連接見圖5。

5 模塊式管桁架棧橋加工、運輸、組裝形式確定

為了縮短施工周期，保證施工質量，所有構件均在工廠標準化制作、產品化加工、分批運輸，在施工現場采用法蘭拼裝、裝配，實現綠色施工。主桁架在工廠加工時分為A,B,C,N個模塊(模塊長度一般為6 m～12 m)，見圖6。

項目實施分為以下幾個步驟：

1)把主管桁架分為A，B，C，N個模塊在工廠加工制作完成；把下弦水平管桁架、上弦水平管桁架分別分為單桿在工廠加工制作完成。

每個模塊內的所有構件均在工廠標準化制作，桁架桿件是通過空間放樣，五維數控相貫線切割機切割，然后通過相關焊縫連接，施工完后進行焊縫檢測，做防腐防火處理。

2)給每個加工完后的模塊做安裝標注編號。

3)按順序運往施工現場，在運輸過程做好保護措施，避免碰撞變形。

4)按照標注編號把單獨模塊通過采用法蘭和高強螺栓組裝為一整跨棧橋。

5)在下弦水平管桁架頂部安裝棧橋樓面板和輸煤帶式輸送機。

6)在主管桁架外側安裝棧橋外墻板。

7)在上弦水平管桁架頂部安裝屋面板。

8)利用吊車起吊整跨棧橋，安裝就位。

表2 經濟指標

6 項目實施效果

效果主要體現在三個方面：

1)模塊式管桁架棧橋具有表面平整，無死角，積煤塵較少，便于清理表面污染，外表美觀的特點。

2)管桁架在工廠標準化制作，縮短施工周期，保證施工質量，在施工現場拼裝、裝配，實現綠色施工。

3)模塊式管桁架經濟，具體經濟指標見表2。

7 結語

經計算分析，模塊式管桁架棧橋結構方案各項指標均滿足規范要求，已經開始在電力、煤炭行業輸煤棧橋推廣使用，技術成熟。它用鋼量省、造價更低，具有抗腐蝕耐久性好，能滿足不同跨度和寬度的輸煤棧橋，也可以實現在工廠模塊化制作、現場拼裝方便、施工速度快等特點，吸取了傳統角鋼棧橋和裝配式建筑的優點，推廣應用前景十分廣闊。