某煤炭發(fā)運(yùn)站封閉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

李彩霞

摘 要：近幾年以來，鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其自身特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于煤炭發(fā)運(yùn)站改造工程中。本文采用3D3S設(shè)計(jì)軟件對某煤炭發(fā)運(yùn)站封閉鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析。分析內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)在靜力荷載下的內(nèi)力、變形、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性等，得出一些有益結(jié)論，可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);3D3S設(shè)計(jì)軟件;動(dòng)力特性;內(nèi)力;位移;荷載

一、工程概況

該發(fā)運(yùn)站設(shè)有2條裝車線，1條機(jī)回線，1條安全線，有效長目前為1050系列，有效長分別為1070m（1道）、1029m（Ⅱ道）、1068m（3道），50m（安全線），可同時(shí)接發(fā)兩列5000噸小列;全線電氣化鐵路，線間距6.5m，P50軌，新Ⅱ型軌枕。用線為盡端式裝車站，裝卸站臺(tái)布置形式三線兩臺(tái)，站臺(tái)位于1道、3道外側(cè)，站臺(tái)尺寸842×40×0.5m。根據(jù)甲現(xiàn)有裝煤站臺(tái)情況，預(yù)期規(guī)劃工程為1、Ⅱ、3號(hào)線以及兩側(cè)各40米范圍內(nèi)的裝煤站臺(tái)封閉工程。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，實(shí)地測繪測量，及現(xiàn)有場地排水系統(tǒng)相互位置關(guān)系，確定發(fā)運(yùn)站臺(tái)封閉工程的平面尺寸為：軸線長850米，跨度95米。

二、結(jié)構(gòu)選型

發(fā)運(yùn)站全封閉式儲(chǔ)煤場采用空間鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，該形式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）整體性好，剛度大，抗震能力強(qiáng)。2）高次超靜定結(jié)構(gòu)，安全儲(chǔ)備能力高 。3）自身重量輕鋼材用量節(jié)約可降低下部基礎(chǔ)造價(jià)。4）工業(yè)化生產(chǎn)效率高。

三、結(jié)構(gòu)分析

（一）結(jié)構(gòu)布置

該煤場沿縱向均分為5個(gè)溫度區(qū)段【1】每個(gè)區(qū)段長為169.2米變形縫間距為1米。取中間典型區(qū)段為單元進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)沿跨度方向采用三心圓網(wǎng)殼形式，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)高度不小于結(jié)構(gòu)凈跨的三分之一【2】，本方案網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)部分高度暫定為31.5m，下部采用鋼筋混凝土短柱支撐高度為3米。縱向網(wǎng)格尺寸為3.6m橫向網(wǎng)格尺寸為3.5m網(wǎng)格厚度為3.6m【2】。結(jié)構(gòu)采用上弦支撐方式沿結(jié)構(gòu)縱向（長度方向）每隔10.8米設(shè)置支座。在建模計(jì)算中通過輸入下部混凝土相關(guān)參數(shù)得出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座剛度，將該剛度以彈性支座形式施加在網(wǎng)殼支座處。

（二）設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)使用年限為50年安全等級為二級結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0【3】，抗震設(shè)防烈度為7度第三組設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g【4】場地類別為Ⅱ類，考慮水平與豎向地震作用，恒荷載取0.3KN/m2，活荷載取0.5KN/m2【5】，風(fēng)荷載取值0.4KN/m2【5】，雪荷載取值0.3KN/m2【5】，溫度荷載：+20℃（升溫溫差），-15℃（降溫溫差），合攏溫度10±3°C。

（三）截面設(shè)計(jì)

采用空間計(jì)算分析模型，假定節(jié)點(diǎn)為鉸接，桿件只承受軸向力;外荷載可按靜力等效原則將節(jié)點(diǎn)所轄區(qū)域的荷載集中作用在該節(jié)點(diǎn)上;計(jì)算所采用軟件為3D3S14.1版。鋼屋蓋所選鋼材均為Q235B。通過計(jì)算桿件截面主要規(guī)格有：Φ60×3.50、Φ75.5×3.75、Φ88.5×4.0、Φ114×4.0、Φ140×4.0、Φ140×8.0、Φ140×10.0、Φ159×8.0、Φ159×10.0、Φ159×12.0、Φ180×12.0、Φ180×14.0。

（四）靜力性能分析

1）結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算一般原則：材料按彈性受力狀態(tài)考慮未進(jìn)入彈塑性狀態(tài)和塑形狀態(tài)不考慮材料的非線性性質(zhì)。基本假定可歸納如下：節(jié)點(diǎn)為鉸接、桿件只承受軸向力、按小撓度理論計(jì)算、按彈性方法分析、網(wǎng)殼桿件主要承受軸向拉力和軸向壓力，桿件應(yīng)滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定的要求同時(shí)滿足相關(guān)構(gòu)造要求【1】。

經(jīng)計(jì)算活荷載對結(jié)構(gòu)受力起控制作用，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在恒荷載、活荷載、雪荷載組合作用下下的內(nèi)力最大。桿件最大軸力為467KN， 最小軸力為-899.5KN，最大應(yīng)力比為0.87

2）結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)【2】規(guī)定雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的容許撓度值為屋蓋短向跨度的1/250。本網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在恒荷載與活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的最大撓度值為146mm，為本網(wǎng)架短向跨度的1/650，滿足文獻(xiàn)【2】規(guī)定要求。

（五）結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性

結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)采用空間計(jì)算模型，其中質(zhì)量源為：1.0恒荷載+0.5雪荷載【4】。計(jì)算中阻尼比取0.03，模型計(jì)算中分析了前25階振型3個(gè)方向的質(zhì)量參與系數(shù)均大于0.9滿足抗震規(guī)范的要求【4】。從陣型圖中可以看出：前兩階振型為沿跨度跟長度方向的平動(dòng);三、四階振型為平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)振型;五、六階振型為豎向震動(dòng);七、八階振型為沿豎向的扭轉(zhuǎn)振型;九階及以上振型為空間混合振型。典型振型見下圖：

四、結(jié)語

通過對該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力計(jì)算分析得出如下結(jié)論：

（一）通過對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析得出，該結(jié)構(gòu)整體布局較為合理，結(jié)構(gòu)的剛度分布均勻比較合理。在分析的前25階振型中不存在局部振型，該結(jié)構(gòu)具有良好的動(dòng)力性能。

（二）在對該網(wǎng)殼的靜力分析中發(fā)現(xiàn)，恒荷載、活荷載與雪荷載同時(shí)作用時(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移變形均較大。最大位移發(fā)生在結(jié)構(gòu)的跨中，最大軸力出現(xiàn)在上弦支座處。在今后的設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)給與重視。

（三）支座條件對于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)之間的傳力起著至關(guān)重要的作用，在計(jì)算分析中支座的約束假定應(yīng)盡可能接近實(shí)際受力情況。

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