谈选煤厂大跨度钢桁架栈桥的选型与设计

范 宝 宝

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100000)



谈选煤厂大跨度钢桁架栈桥的选型与设计

范 宝 宝

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100000)

介绍了选煤厂大跨度钢桁架栈桥的结构体系，分析了主桁架与水平支撑桁架的结构型式，并结合工程实例，阐述了大跨度钢桁架的设计方法，对选煤厂洗煤生产工作的正常运行有一定的意义。

钢桁架，结构体系，门架支撑，腹杆

0 引言

选煤厂中的输煤钢桁架栈桥是整个厂区煤炭运输系统的重要组成部分，发挥着运输原煤和洗后产品的功能。在选煤厂的建设中，约20%～30%的土建费用都消耗在输煤钢桁架栈桥中，所以输煤钢桁架栈桥的型式和结构设计将直接影响到选煤厂厂区的施工建设速度和投产运营周期。其结构型式的合理、安全对选煤厂的洗煤生产正常运行有着巨大的作用。

钢桁架栈桥自重轻，强度大，设置在跨度大和较高建(构)筑物之间，极大的减少钢桁架栈桥的支腿布置，也方便整个选煤厂厂区的交通，因此在现代选煤厂建设中大跨度的输煤钢桁架栈桥被广泛采用。从设计理论和消耗钢量上来说大跨度的输煤钢桁架栈桥相对跨小多榀的输煤钢桁架也是经济合理的。

1 结构体系

钢桁架栈桥是通过两个平行的侧立面桁架和上部、下部两个水平支撑桁架组合而成。侧面钢桁架是由上弦杆、下弦杆及腹杆互相连接组成，其中上、下弦杆一般为连续杆件，腹杆则通过节点板与弦杆连接(主要为焊接)。其组成的钢桁架可承担竖向荷载，又可作为骨架围护结构的稳定。屋面板和楼面板搭接在侧面钢桁架的上、下弦杆上，计算时假定上下弦杆连续为刚节点，腹杆与弦杆为铰接节点。上下弦钢桁架节点处设置水平支撑及横梁，形成水平桁架，用以传递水平荷载。钢桁架的端门架为钢桁架两端的主要支撑物，其主要作用是抵抗钢桁架风荷载并提供侧向刚度，保证钢桁架稳定，将钢桁架荷载与风载传递给相连结构。端门架柱子主要为压弯构件，端门架梁主要为受弯构件。布置钢桁架时，应使腹杆垂直于弦杆，且宜分钢桁架节间数为偶数。若不能为偶数时，中部节间应采用交叉双向斜腹杆。空间钢桁架内部要求通过皮带运输机及检修人员，不能设置交叉支撑，这个空间桁架结构体系是可变的，为避免上、下弦支撑桁架在风荷载作用下产生错动，应在栈桥钢桁架端部及支座位置设置封闭钢架。

2 结构选型

2.1 主桁架的结构型式

无下撑的大跨度钢桁架上弦杆内力受压，其内力分布规律为从钢桁架上弦杆两端至中间段，内力值逐步增加直至达到最大值。下弦杆内力受拉，其内力分布规律为从钢桁架下弦杆两端至中间段，内力值逐步增加至最大值。钢桁架腹杆的内力分布规律为两端内力值最大往中间段逐步减小，且压杆与拉杆互相交替。带下撑的大跨度钢桁架栈桥为超静定结构，受力比较复杂，在条件允许时应优先考虑设计不带下撑桁架，当栈桥跨度太大而设计不带下撑无法满足要求时再考虑设计带下撑桁架。根据钢桁架的腹杆和有无下撑的布置形式，可以将钢桁架分为以下四种，见图1。

其中，图1a)为下倾式腹杆体系；图1b)为三角形腹杆体系；图1c)为倾斜式腹杆体系；图1d)为带下撑桁架体系。在选煤厂建设中，输煤钢桁架栈桥没有动力荷载，主钢桁架受力规律不会出现变化。在理论计算中下倾式腹杆体系优于三角形腹杆体系，因为在受力计算中下倾式腹杆体系的腹杆都为拉力，规范规定拉杆长细比较大，因此腹杆截面选取相对较小，可节省材料。而三角形腹杆体系中有一半腹杆为压杆，压杆长细比规范规定比较小，故与拉杆相比选取的截面会增大，稍有浪费。但是从整榀钢桁架刚度和稳定层次考虑，三角形腹杆体系则优于下倾式腹杆体系。

2.2 水平支撑桁架的结构型式

钢桁架栈桥水平支撑是整榀钢桁架的重要组成部分，其主要作用是抵抗水平荷载，保证结构稳定，并将其所受水平荷载传至门架柱。钢桁架栈桥的水平支撑有多种布置形式，一般设计时根据皮带走廊宽度主要有以下两种布置形式：图2a)为十字交叉腹杆体系；图2b)为交叉斜腹杆体系。

在实际工程设计中，如果钢桁架栈桥走廊宽度不大时，一般采用十字交叉腹杆体系，这种体系桁架刚度大，用料较省，计算假定为铰接节点，属于静定结构，可用力法求出各杆内力。当栈桥走廊宽度较大时，为了避免桁架支撑腹杆过长，超过规范容许长细比，常常采用交叉斜腹杆体系，即在桁架中部加设一根辅助弦杆，通过连接节点与腹杆相连，可以有效的降低腹杆的长细比，控制弦杆选型。

2.3 门架支撑

钢桁架栈桥应在桁架两端增设封闭回行门架，钢桁架的端门架作为支撑整榀桁架的支座，维持钢桁架主桁架的稳定，增加钢桁架整榀桁架的稳定，保证主桁架受力只承担竖向作用的荷载，因此钢桁架两端门架应具有足够的强度和承载力，能充分承担主桁架所传来的竖向荷载和水平支撑桁架所传来的水平荷载。故设计时必须保证端门架的梁、柱连接点为刚接。为了抵抗钢桁架栈桥因温度效应所导致的变形和内应力，钢桁架门架两端支座处应一端做成辊轴，另一端做成固定铰接。

3 工程实例

现以河南大有能源股份有限公司耿村煤矿选煤厂升级改造项目5号转载点至6号转载点带式输送机栈桥的一段为例进行钢桁架设计。已知条件：钢桁架栈桥轴线宽5.3 m，矢高2.8 m，总长33 m，节间数12，节间距离2.75 m，整榀桁架总风载100 kN，楼面处每节点恒荷载28 kN，楼面处每节点活荷载22 kN，屋面处每节点恒荷载8.2 kN，屋面处每节点活荷载4.4 kN。地震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g,设计地震分组第三组，建筑场地类别Ⅱ类，风荷载0.4 kN/m2，整体倾斜13.4°，门架柱HM200×294。本设计采用无下撑三角形腹杆体系，所有杆件连接点处均以铰接处理，使用PKPM钢结构中桁架计算单元计算主桁架杆件内力，结果见表1。表1中所给钢桁架杆件(双角钢组合构件)为从左至右依次排列且呈对称布置，根据桁架杆件内力设计桁架节点，即可确定节点板厚度以及长宽大小。

表1 杆件内力计算结果

4 结语

1)通过调整钢桁架栈桥腹杆的布置方式，可以得到不同的桁架结构型式和受力机制。大跨度钢桁架栈桥因其强度高，耗材少，能有效地降低占有厂区面积等突出优点，被选煤厂等煤炭工业领域广泛应用。2)钢桁架栈桥在设计时，节间数宜分为偶数，杆件应对称布置。3)钢桁架栈桥的计算原理是将腹杆与上、下弦杆的相接的节点设为铰接，从而以力法求出各杆内力。钢桁架栈桥的门架结构主要是提供整榀桁架的侧向刚度，保证整榀桁架的稳定并将其所受水平荷载传递给支柱相连的结构构件。所以在设计中应将钢桁架栈桥两端门架的梁柱节点设计为刚接。4)钢桁架栈桥的支座应设计成一端固定铰支、另一端滑动铰支，如此可以有效释放由于温度及其他纵向荷载引起的结构纵向变形，保证钢桁架的整体稳定。

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Selection and design of large-span steel truss trestle bridge in coal preparation plant

Fan Baobao

(CCTEGBeijingHuayuEngineeringCo.,Ltd,Beijing100000,China)

The paper introduces structural system of large-span steel truss trestle bridge of the coal preparation plant,analyzes structural forms of major truss and horizontal bearing truss,and describes large-span steel truss design methods by combining with engineering examples,which has certain meaning for normal coal washing operation of the coal preparation plant.

steel truss,structural system,door-frame support,web member

1009-6825(2016)29-0045-03

2016-08-02

范宝宝(1986- )，男，工程师

U442.54

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