輸煤鋼棧橋結(jié)構(gòu)方案選擇與探討

楊小軍

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司,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(tǒng)中,棧橋在土建總投資中占的比例較大,目前大多是采用傳統(tǒng)的角鋼棧橋, 2016年我公司研發(fā)了模塊管桁架棧橋,在輸煤系統(tǒng)首次使用,在中煤平朔電廠輸煤系統(tǒng)中實(shí)施。本文就對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)形式鋼棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)性能、工程造價(jià)做比較。

1 輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)形式

1.1 角鋼桁架設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)形式

角鋼棧橋是由角鋼焊接而成的四榀桁架組成,連接節(jié)點(diǎn)是采用焊接連接,焊縫構(gòu)造要滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)的構(gòu)造要求,桿件長(zhǎng)細(xì)比在非抗震地區(qū)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)的要求控制,在抗震地區(qū)按《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50191-2012)的要求控制。外墻和屋面采用100 mm復(fù)合壓型鋼板,側(cè)墻開(kāi)窗戶,設(shè)置自然通風(fēng)。角鋼棧橋剖面如圖1所示。

圖1 角鋼棧橋剖面圖Fig.1 Section of angle steel trestle bridge

1.2 模塊管桁架棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)形式

模塊管桁架棧橋是由鋼管焊接而成的四榀桁架組成,連接節(jié)點(diǎn)是采用在工廠相貫焊接連接,焊縫構(gòu)造要滿足《鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(GB 50191-2012)的構(gòu)造要求,桿件長(zhǎng)細(xì)比在非抗震地區(qū)按《鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(GB 50191-2012)的要求控制,在抗震地區(qū)按《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50191-2012)的要求控制。外墻和屋面采用100 mm復(fù)合壓型鋼板,側(cè)墻開(kāi)窗戶,設(shè)置自然通風(fēng),底板采用現(xiàn)澆樓板,支撐在模塊管桁架上。每節(jié)模塊棧橋長(zhǎng)度為12 m或者9 m,在工廠加工制作完成后,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)采用高強(qiáng)螺栓連接。模塊管桁架棧橋剖面圖見(jiàn)圖2。

圖2 模塊管桁架棧橋剖面圖Fig.2 Section of modular pipe truss

2 模塊管桁架與角鋼桁架的結(jié)構(gòu)性能比較

通過(guò)SPAS+PMSAP復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算,36 m跨度、3.8 m寬、3.0 m高的棧橋結(jié)構(gòu)性能如下。

1)角鋼桁架上弦桿最大的應(yīng)力比為0.86,下弦橫梁最大的應(yīng)力比為0.73,見(jiàn)圖3。

圖3 角鋼桁架的應(yīng)力比Fig.3 Stress ratio of angle steel truss

2)角鋼棧橋的豎向位移、水平位移見(jiàn)圖4、圖5、圖6:

圖4 恒荷載作用下的豎向位移 Fig.4 Vertical displacement under constant load

圖5 活荷載作用下的豎向位移Fig.5 Vertical displacement under live load

圖6 風(fēng)荷載作用下的水平位移Fig.6 Horizontal displacement under wind load

3)模塊管桁架上弦桿最大的應(yīng)力比為0.84,下弦橫梁最大的應(yīng)力比為0.8,見(jiàn)圖7。

圖7 模塊管桁架的應(yīng)力比Fig.7 Stress ratio of module tube truss

4)模塊管桁架的豎向位移、水平位移見(jiàn)圖8、圖9、圖10:

圖8 恒荷載作用下的豎向位移Fig.8 Vertical displacement under constant load

圖9 活荷載作用下的豎向位移Fig.9 Vertical displacement under live load

圖10 風(fēng)荷載作用下的水平位移Fig.10 Horizontal displacement under wind load

表1為模塊管桁架與角鋼桁架棧橋的位移對(duì)比。可以看出,在應(yīng)力比相近的情況下,兩種結(jié)構(gòu)的變形基本一樣,位移均滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)中附錄A中的l/400。

表1 36 m跨度、3.8 m寬、3.0 m高棧橋的位移對(duì)比指標(biāo)表Table 1 Displacement comparison of trestle bridges (36 m in span,3.8 m in width,3.0 m in height)

3 兩種輸煤棧橋的造價(jià)比較

表2 36 m跨度、3.8 m寬、3.0 m高一跨鋼棧橋的造價(jià)Table 2 Cost comparison of trestle bridges (36 m in span,3.8 m in width,3.0 m in height)

4 角鋼桁架和模塊管桁架棧橋優(yōu)缺點(diǎn)分析

為了節(jié)約項(xiàng)目投資、縮短施工周期、提高施工質(zhì)量、提升設(shè)計(jì)水平、使鋼棧橋?qū)崿F(xiàn)工廠化加工的特點(diǎn),我公司研制了模塊管桁架棧橋,在設(shè)計(jì)開(kāi)始前通過(guò)PMSAP復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件和3D3S鋼結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)模塊管桁架做結(jié)構(gòu)計(jì)算,結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。輸煤棧橋的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表3。

表3 角鋼桁架與模塊管桁架的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 3 Advantages and disadvantages of angle steel truss and modular pipe truss

5 結(jié)論

棧橋在電廠輸煤系統(tǒng)、選煤廠中使用較多,在總投資中占很大比例。通過(guò)兩種輸煤桁架的優(yōu)缺點(diǎn)比較,推薦首先采用模塊管桁架棧橋,它用鋼量省、造價(jià)更低、施工速度快,可以實(shí)現(xiàn)在工廠模塊化制作、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、綠色施工等。