输煤系统钢结构栈桥的选型和设计

林山明 游文源 陈日新

珀挺机械工业(厦门)有限公司

输煤系统钢结构栈桥的选型和设计

林山明 游文源 陈日新

珀挺机械工业(厦门)有限公司

近几年来，随着钢结构的迅速发展，钢栈桥在工业建筑有了较大的发展趋势。特别是全国各地大量兴建和改建焦化厂和洗煤厂，钢结构栈桥更是以其结构自重轻、整体性好、施工速度快的优势，在我国大跨度输煤栈桥中得到广泛应用。本文就输煤系统钢结构栈桥的选型和设计方面进行了探讨，希望为以后的具体工作起到实际参考作用。

结构体系；栈桥；网架

1、栈桥结构的主要体系

就目前国内出现的钢结构输煤栈桥而言，主要有3种结构形式：角钢或其他型钢桁架结构、空间网架结构和钢管桁架结构。角钢或其他型钢桁架结构这种结构主要采用传统的角钢或其他型钢，它是现阶段栈桥结构的主导结构形式，有多年的工程实践经验，技术成熟，比较安全可靠。其中，钢桁架既起到了承受荷载的作用，又为封闭体系提供了骨架，因此，用于封闭式栈桥较为合理。该体系是由两个侧面的钢桁架和上、下弦水平支撑构成。钢桁架是由上弦、下弦及腹杆构成。其中，钢桁架弦杆为连续杆，腹杆通过节点板与弦杆连接。为保证栈桥有足够的空间刚度，应在顶部用横梁与两桁架的端竖杆组成门型刚架，以保证栈桥的横向稳定性。栈桥横向风荷载由沿栈桥通长设置的桁架上、下弦纵向水平支撑承受。栈桥两侧及屋面通常采用轻型封闭，这样栈桥结构体系实际上是一个由受力桁架和上、下弦水平支撑桁架组成的空间桁架体系，见图1。

1.1 承重桁架承重桁架一般采用带有辅助竖杆的三角形腹杆系桁架，见图2

图2

三角形腹杆系桁架只有向跨中方向倾斜的斜腹杆才是受拉的，其余所有斜腹杆和一半以上的竖杆都是受压的，并且这种桁架是对称的，给计算和画图带来方便。图2形式的桁架受力比较合理；桁架在有角度时，选用比较方便。桁架的节间长度需根据楼板和屋面板在构造上的合理性来确定，由于楼板通常是放在横梁上的，而横梁又是支在弦杆的节点上，所以楼板的跨度应为桁架的节间长度。节间的划分应等距，一般控制在2.2m～2.5m，并力求为偶数，当分不出偶数时，中央节间最好采用交叉腹杆形式。桁架弦杆和腹杆之间的连接角在构造上一般为35°～55°。

1.2 桁架上、下弦支撑

它是用来承受桁架侧面的水平风载和其他水平荷载，并将这些荷载传至支座，同时也增加桁架的空间刚度，还可改变弦杆的平面外计算长度。支撑布置在桁架的上、下弦平面内，因此桁架的弦杆也是支撑的弦杆。若楼板和屋面板均为整体板，则可不设支撑，否则应当设置支撑。交叉腹杆是最简单的也是最方便的。当在荷载方向改变的情况下，交叉腹杆体系是合理的，对风载或地震是适用的。斜腹杆只考虑承受拉力，竖杆承受压力。斜腹杆的角度最好为40°～50°。

1.3 栈桥两端门架

栈桥两端门架是桁架支撑形成的水平桁架的支点，桁架支撑将栈桥的水平作用力通过两端门架传向支座，它能保证栈桥在横向的刚度及稳定。所以，门架也是支承桁架的端支座，设计时必须保证梁、柱连接点为刚接。同时其立柱也是承重桁架的组成部分(端竖杆)。立柱截面的选择必须考虑两者的内力组合，有上斜杆的承重桁架其端门架的立柱内力为零杆。端门架的横梁及立柱通常选用双槽钢或工字钢，立柱的底部基板必须与地面平行，从而斜栈桥承重桁架在重力作用下不产生水平滑移。

2、栈桥支座支座节点的设计

应满足计算假定，通常斜桁架下部支座节点可设计成固定铰支座，而中部和上部支座节点可设置成沿桁架长向可滑动的支座，这样可避免在地震或其他偶然荷载作用下，由于桁架两端建筑位移大小、方向不一致而引起的破坏。通常可在中部和上部支座下加设橡胶垫板以满足计算假定，但应注意的是，在承重桁架的平面外，应采取措施，保证支座与下部支承结构间不能产生错动，以保证结构的整体安全。

3、栈桥围护结构

对无保温要求的栈桥可采用单层压型钢板封闭。此形式由于栈桥内部钢结构暴露，即使桥面两侧设有挡水护沿，但运行时冲洗水飞溅及煤内腐蚀性物质的侵蚀，大大缩短了栈桥的使用寿命，某此类形式的工程，运行投产不到3年，栈桥钢桁架下弦节点附近就已锈蚀严重，节点处连接焊缝已经到很难辨认的程度。较便宜的单层压型钢板仅略高于钢结构一次维护的费用，因此，考虑栈桥内部冲洗次数比较频繁，对钢桁架采取有效的隔离措施进行保护，是经济、合理的设计方案。

实际调查也表明桁架顶部节点及屋面梁腐蚀程度轻微。当栈桥高度较大时，由于侧向风压较大，为了避免雨水对栈桥附近其他设施的影响，屋面应采用有组织排水，根据栈桥宽度、跨度以及地区降雨量的不同，在支架处设置天沟，落水管沿支架柱向下接入附近排水沟。如落水管下端仅到柱脚时，应在附近地面做预防冲刷和积水的处理。根据轻钢屋面的要求，屋面排水坡度通常为10%～35%，因此当栈桥倾角小于6°、纵向长度较大时，屋面应按自由落水设计。栈桥横向宽度较小，如果采用双坡屋面，则排水坡度可适当减小。

4、栈桥桥面

4.1 栈桥桥面结构

栈桥楼面结构可分为预制楼面和现浇组合楼面两种形式。两种结构的自重基本相同，预制楼面施工中有预制板吊装工作，施工周期相对较短。现浇组合楼面铺设压型钢板作为底模，组合楼面需要增设纵向次梁支承楼面板，但组合楼板可大幅降低桥面横向钢梁的用钢量，而且使楼面的整体性得到增加，省去了下弦水平纵向支撑及安装工序。

4.2 桥面伸缩缝

实践证明楼面结构伸缩缝的间距可与栈桥相同，通过分析可归结为以下几方面原因，栈桥桥面厚度较薄，内部凝结所需时间较短，而且浇筑混凝土时栈桥已经封闭，浇筑工作只能采取人工作业，所以施工速度较缓慢，混凝土不会产生整体收缩，浇筑好的混凝土受外界环境影响较小，凝结时内部水分不会蒸发太快，因此即使桥面较长，也不会在凝结后产生裂缝栈桥桥面设计活荷载取值为3～4kN/m2，而实际上栈桥皮带架支腿下设有次梁，主要活荷载不通过楼面板进行传递，楼板内富裕的纵向钢筋完全可以抵抗栈桥纵向温度应力，预制桥面板上整浇层也具有此作用。

[1]胡瑞星.输煤栈桥钢桁架的动力特性分析及振动控制研究[D].西安建筑科技大学，2012.

[2]闫芳芳.某大跨度钢结构栈桥的抗震性能研究[D].西安建筑科技大学，2013.