大跨度钢桁架带式输送机栈桥的设计要点简析

宋智斌

（北京圆之翰煤炭工程设计有限公司，北京 100015）

概述

在煤炭矿井及选煤厂工业场地的建（构）筑物中，栈桥是内部运输系统的重要组成部分。通过其内部的带式输送机，将原煤、块煤、矸石等原料输送至筛分破碎车间、主厂房、仓等建筑物内进行洗选、储藏。根据廊身的结构形式，可以分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢与钢筋混凝土的组合结构和砖石结构。近年来，随着工业现代化的迅速发展，钢结构栈桥有自重轻、跨度大、造型美观、抗震性能好等优点，在长距离输送时，大跨度钢桁架栈桥得到广泛应用。笔者通过对钢栈桥实际设计中遇到问题的总结归纳，旨在为类似工程设计提供借鉴。

1 栈桥的结构体系

钢栈桥一般分为主承重桁架、上下弦水平防风支撑和两端门架3部分。主承重桁架一般分为型钢桁架和钢管球节点桁架；上下弦水平防风支撑，承受水平荷载，并保持空间桁架的整体稳定和刚度；两端门架作为水平防风支撑的支点，将栈桥的水平作用力通过端门架传递给支座，并确保栈桥在横向的刚度及稳定。

2 栈桥的结构布置

栈桥立面纵向水平或倾斜，倾斜角度一般≤16°。为了保证栈桥纵向体系的稳定，通常在高端设（滑动）辊轴支座，在低端设不动铰接支座，确保在承受竖向荷载和纵向地震作用发生位移变形时，有足够的伸缩量。栈桥的跨度应视桥下的建（构）筑物、道路、管沟及铁路等的位置而定，在确保一定的安全距离后，尽量考虑将桁架的跨度布置一致，减少桁架种类。一般桁架高度为2.5～3.3m，桁架最优高跨比为h/L=1/12～1/10（h为桁架高度，L为桁架跨度），得出最经济跨度为25～35m。

3 栈桥的建筑设计

栈桥断面宽度一般在主导专业提供的资料（净宽）的基础上，每边增加150mm；栈桥断面高度一般在满足主导专业提供资料（净高）的基础上，考虑上弦支撑横梁高度，桥面板的厚度及桥面建筑做法，推算出合理数值。栈桥两侧应设置满足规范最小宽度的人行道和检修道。当坡度≤8°时，应设置防滑坡道；当坡度>8°时，应设置防滑台阶。桥面板可为现浇混凝土板、预制钢骨架轻型板、花纹钢板等，可根据实际情况适当考虑保温和防水措施。维护墙体及屋面板一般采用轻钢檩条+彩钢夹芯板（保温层≥100mm）。栈桥断面桥面板顶宜成V形找破，便于清扫。

4 栈桥的结构设计

4.1 栈桥荷载（标准值）

4.1.1 屋面恒荷载

考虑上弦支撑，屋面檩条及屋面板重等，一般取1.5kN/m2。

4.1.2 桥面恒荷载

根据桥面板类型不同，一般取1.5～2.5kN/ m2。

4.1.3 屋面活荷载

一般按不上人屋面0.5kN/m2（注意雪压较重地区）。

4.1.4 桥面活荷载

胶带宽≤1m时为2.5kN/m2，胶带宽>1m时为3.0kN/m2。

4.1.5 风荷载

根据荷载规范计算风荷载大小加载到水平防风支撑节点上，并适当考虑风振效应影响。

4.2 栈桥主承重桁架选型

承重桁架主要分为梁式和悬臂式两种，一般不采用多跨连续式超静定桁架，悬臂桁架的悬臂长度一般不超过6～8m。桁架上下弦多采用等肢双角钢或H型钢，桁架腹杆一般采用双角钢或双槽钢。

桁架的节间长度应根据桁架的高度、楼板的跨度以及腹杆的角度来确定，一般3m左右较为合适。桁架节间数尽量布置成偶数，当不能布置成偶数时，中间可采用交叉斜腹杆；端部斜腹杆应下斜至栈桥支座方向受理较合理。桁架的高度一般为桁架跨度的1/10～1/8。桁架弦杆和腹杆之间的夹角应控制在35°～55°之间。

承重桁架所受竖向荷载主要为通过横梁传来的楼面及屋面荷载和支撑的自重以及部分屋面有轨道吊车的吊车荷载。内力分布为上弦杆受压，端部压力较小越往中部压力越大；下弦杆为拉压共存，端部受压中部受拉，端部及有下撑处连接腹杆受力大于其他腹杆。水平荷载对水平支撑桁架弦杆的作用力应作为附加荷载加载到承重桁架上，按照工程实际经验，该附加荷载占总竖向荷载作用力的15%左右，在截面余量远大于15%的情况下可不另外计算。

栈桥常见跨度一般为25～35m，重点采用三角形梁式桁架，常用的三角形式桁架结构如下图1所示。其优点是弦杆的规格数量不多，不支撑横梁的竖杆只起到支撑弦杆的作用，内力为零；支撑横梁的竖杆承受局部荷载，内力极小但截面相同。当栈桥跨度大于40m时，采用三角形梁式桁架就不显得经济实用了，应采用带下撑式钢桁架结构如下图2所示。这种桁架跨度可限制在100m以内，属于一次超静定结构。当跨度再加大时，就需要采用预应力桁架了，否则一般的梁式桁架的高度是不能满足要求的。

图1 下承式三角形桁架

图2 带下撑三角形桁架

跨度>30m的栈桥在拼装时应预留起拱量，大小为栈桥跨度的1/500。栈桥杆件为组合双角钢或双槽钢时，每根杆件中间的填板数量不应小于2个，填板间距压杆取40i，拉杆取80i（i为杆件截面的回转半径）。桁架杆件的计算长度如表1所示。

表1 桁架弦杆和单系腹杆的计算长度L0

4.3 栈桥上下弦水平防风支撑

水平防风支撑用来承受风在承重桁架立面产生的风荷载，是钢栈桥设计中除承重桁架以外的最重要组成构件之一。它一般布置在承重桁架上、下弦杆的平面内，同时利用承重桁架的上、下弦杆作为支撑的组成杆件，形成水平支撑桁架。桥面板若采用组合楼板则可以不设下弦支撑，否则应设置；若采用预制钢骨架轻型板时，应设置通长的纵向水平支撑。

在内力计算时，把水平荷载转化为作用于节点的集中力，同时只考虑一根斜腹杆承受拉力，另一根斜腹杆退出工作；竖杆承受压力，将超静定桁架转化为静定桁架。由风荷载引起的水平支撑桁架弦杆内力要与承重桁架弦杆内力叠加进行验算。一般支撑设置成交叉腹杆（如图3），采用等边单角钢，斜腹杆之间的夹角应控制在40°～50°之间，按受拉构件的允许长细比选择截面大小。如栈桥截面宽度较大时，可将交叉支撑点与横梁相连（如图4），以减小斜腹杆的计算长度。

图3 支撑形式一

图4 支撑形式二

4.4 栈桥端门架

端门架上端横梁承受由承重桁架上弦水平防风支撑传来的水平风荷载，承重桁架下弦水平防风支撑传来的水平力直接传递给支座，不用作用在门架上。端门架横梁与立柱的连接节点应为刚接,这样能更好的保证栈桥的横向刚度及稳定。端门架的横梁及立柱通常选用][双槽钢、工字钢或H型钢。端门架的立柱同时也是主承重桁架的端竖杆，在立柱截面的选取时，必须考虑两者的内力组合；立柱的底部基板应与地面平行，确保在重力作用下，斜栈桥承重桁架不产生水平滑移。

4.5 栈桥支座

在地震或其他偶然荷载作用下，大跨度钢桁架栈桥会因两端建筑物的位移大小及方向的不一致而引起破坏。因此栈桥两端不能同时设置成固定铰支座形式。通常做法是，在栈桥跨度支点较高的一端设置滑动支座或辊轴支座。当钢桁架跨度≤30m时，宜使用滑动支座；当钢桁架跨度>30m时，宜使用辊轴支座。滚轴支座分为多辊支座，支座高度较底，滚轴直径≥40mm；单辊支座，支座高度较高，滚轴直径≥150mm。在设计时可根据桁架的支座反力选用支座。钢结构规范规定，多辊支座的反力R应满足下式要求:

R≤40ndLf2/E

式中 d——辊轴直径；

n——辊轴数目；

L——辊轴与平板的接触长度。

5 结语

以上是笔者结合多年设计经验对大跨度钢桁架栈桥实际设计中关键环节的总结归纳，除建筑结构设计外，比如钢桁架的防火、防腐、组装、吊装等方面，在此不再赘述。限于篇幅和个人水平，如有表述不周之处，还请业内同行不吝赐教。

横梁一般可采用双槽钢或H型钢。其主要作用是把栈桥楼、屋面竖向荷载传递到主承重桁架的节点上。上弦横梁通过连接板与桁架上弦连接，上表面宜与上弦平齐；下弦横梁上表面宜与桁架下弦下表面平齐。横梁两端伸出轴线外的宽度=1/2桁架下弦宽度+钢檩条连接做法（250mm）+彩钢夹芯板（100mm）。

[1] 袁彦华.输煤钢结构栈桥设计简析[J].同煤科技，2011（06）：27-28.