模块式管桁架在输煤栈桥中的研究与应用

杨 小 军

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

在煤矿、选煤厂、电厂中有大量的栈桥，尤其在选煤厂及化工和电厂的输煤系统中，栈桥在土建总投资中占的比例较大，为了降低工程造价，为国家节能减排，提升设计水平、增强专业技能，在工业建筑中实现国家倡导的装配式绿色施工，我公司研发了模块式管桁架栈桥，在输煤系统首次使用，在中煤平朔电厂输煤系统中实施。本文就模块式管桁架栈桥的结构形式、节点形式、项目组装、拼接等作以介绍。

1 项目背景

管桁架目前在民用建筑市场应用较多，在工业建筑应用较少，据了解管桁架输煤栈桥在神华国华寿光电厂一期的输煤系统、山东龙口煤矿、陕北韩家湾煤矿均有应用案例，但都没有采用模块化设计制作模式。管桁架采用传统桁架受力体系，技术成熟，桁架主杆件由传统桁架的角钢替换为钢管，适用于各种栈桥宽度和跨度，适应性更强。

国家在一直倡导装配式建筑，我公司吸取了装配式建筑在工厂标准化模块加工、现场拼装的特点，提出了模块式管桁架栈桥。与传统角钢栈桥相比，模块式管桁架栈桥的用钢量少、造价低，可以实现在工厂模块化制作，也具有抗腐蚀耐久性好、现场拼装、施工速度快等特点。设计时采用PMSAP复杂空间结构计算软件和3D3S钢结构空间软件对模块式管桁架栈桥进行结构计算，模块式管桁架栈桥结构方案各项指标均满足设计规范要求。表1为36 m跨度，3.8 m宽，3.0 m高的管桁架，应力比控制在0.8左右的位移指标。

表1 36 m跨度，3.8 m宽，3.0 m高栈桥的位移指标表 mm

2 项目必要性

项目必要性有三个方面：

1)为了降低工程造价，为我公司总承包项目获得更大利润。

在大多数的输煤系统中栈桥的投资占的比例较大，在平鲁输煤系统中土建工程(概算)总投资为7 602万元，其中栈桥占6 248万元，占到整个土建工程总造价的82%，栈桥决定着整个项目的利润，只有优化栈桥才能获得更大的利润。

2)为实现装配式绿色施工。

装配式建筑是建筑行业发展的趋势，现在在各行业中大量的采用，采用工厂模块化制作，既能提高施工质量，又能节约施工场地；在现场拼装，既能减少劳动力，又能提高施工速度，实现绿色施工，提高环保要求。

3)提升设计水平，增强专业技能。

栈桥在所有领域中，在煤炭系统占的比例最大，且在选煤厂的土建工程量中占的比重比较大，而目前大多数是沿用传统的角钢栈桥，并且采用传统的二维计算，要想做到更经济只有通过三维空间计算，更接近实际情况，通过设计人不断的研究学习，既提高个人水平，又能提升单位竞争力。

3 管桁架结构形式

管桁架是由钢管及型钢制成的传统桁架受力体系，技术成熟。钢管截面封闭，剪心、形心重合，其对称截面形式使得截面惯性矩对各轴相同，有利于单一构件的稳定设计。与其他形式的型钢桁架相比，抗弯刚度、抗扭刚度较大，可提供非常优良的受力特性并减轻结构自重，外形美观。桁架主杆件由传统桁架的角钢替换为钢管，适用于各种栈桥宽度和跨度，适应性更强。它具有以下优点：

1)管桁架栈桥制作安装方便，利用五维数控切割机将杆件端部按节点相贯线切割下料，可直接连接形成相贯节点，节省了节点板和角钢组合垫板的材料；并使杆件直接传力，改善了桁架受力性能，同时也减少角钢节点板焊接不当对杆件造成的损伤。

2)相比其他型钢而言，管桁架组合模块式栈桥具有表面平整，无死角等特点；有利于节省防腐和防火涂料，也便于清理表面污染。钢管和大气接触表面积小，易于防护，在节点处没有积留湿气及大量灰尘的死角和凹槽，使用期间维护更为方便。而且管件在全长和端部封闭后，管件内部不易生锈。

管桁架的结构形式分为两种：一种为倒三角形管桁架模型图(见图1)；另一种为四边形管桁架空间图(见图2,图3)。

经计算两种结构形式的用钢量基本一样，倒三角形结构受力好，但是输煤栈桥跨越场区公路、铁路，有时离地面比较近，无法使用倒三角形空间管桁架，最终选择四边形空间管桁架结构形式。

4 节点连接形式确定

1)主桁架杆件的节点连接采用相贯焊缝连接，比传统的角钢栈桥减少了节点板，见图4。

2)桁架下弦横梁主要是受弯，钢管的抗弯刚度没有H型钢大，所有下弦横梁均采用H型钢，连接节点见图4。

3)便于施工桁架的拼接节点均采用法兰连接见图5。

5 模块式管桁架栈桥加工、运输、组装形式确定

为了缩短施工周期，保证施工质量，所有构件均在工厂标准化制作、产品化加工、分批运输，在施工现场采用法兰拼装、装配，实现绿色施工。主桁架在工厂加工时分为A,B,C,N个模块(模块长度一般为6 m～12 m)，见图6。

项目实施分为以下几个步骤：

1)把主管桁架分为A，B，C，N个模块在工厂加工制作完成；把下弦水平管桁架、上弦水平管桁架分别分为单杆在工厂加工制作完成。

每个模块内的所有构件均在工厂标准化制作，桁架杆件是通过空间放样，五维数控相贯线切割机切割，然后通过相关焊缝连接，施工完后进行焊缝检测，做防腐防火处理。

2)给每个加工完后的模块做安装标注编号。

3)按顺序运往施工现场，在运输过程做好保护措施，避免碰撞变形。

4)按照标注编号把单独模块通过采用法兰和高强螺栓组装为一整跨栈桥。

5)在下弦水平管桁架顶部安装栈桥楼面板和输煤带式输送机。

6)在主管桁架外侧安装栈桥外墙板。

7)在上弦水平管桁架顶部安装屋面板。

8)利用吊车起吊整跨栈桥，安装就位。

表2 经济指标

6 项目实施效果

效果主要体现在三个方面：

1)模块式管桁架栈桥具有表面平整，无死角，积煤尘较少，便于清理表面污染，外表美观的特点。

2)管桁架在工厂标准化制作，缩短施工周期，保证施工质量，在施工现场拼装、装配，实现绿色施工。

3)模块式管桁架经济，具体经济指标见表2。

7 结语

经计算分析，模块式管桁架栈桥结构方案各项指标均满足规范要求，已经开始在电力、煤炭行业输煤栈桥推广使用，技术成熟。它用钢量省、造价更低，具有抗腐蚀耐久性好，能满足不同跨度和宽度的输煤栈桥，也可以实现在工厂模块化制作、现场拼装方便、施工速度快等特点，吸取了传统角钢栈桥和装配式建筑的优点，推广应用前景十分广阔。