皮带走廊及其支架结构变形开裂原因分析

褚建斌

（山西工程科技职业大学， 山西 太原 030619）

0 引言

带式输送机走廊，也叫皮带走廊、栈桥，目前广泛分布于各个大小煤矿、水泥厂、洗煤选煤厂、焦化厂，以及其它类型工业企业中。它们长度有长有短，角度有大有小，高度有高有低，跨度不一，材料不同，结构形式各异，但其在整个生产系统的开采、存储、运输、筛选、销售过程中，却发挥着举足轻重的作用，极大地方便了各类工业企业[1]。

一般的皮带走廊大多采用角钢或圆钢管的钢桁架结构，外围采用轻质夹芯保温板维护，其支架则采用现浇钢筋混凝土框支架结构，或者钢框架结构。

皮带走廊的支架是保证皮带走廊正常运行的基础，支架的平面位置、牛腿高低、结构形式、材质等，都直接影响其上皮带走廊的跨度、宽度、角度，从而影响走廊里面皮带机的正常运行[2-3]。这就需要我们在前期做初步设计时，及时与甲方，以及皮带厂家进行联系沟通，充分了解设计意图，确定皮带宽度、角度、运量，皮带拉紧装置位置、荷载大小，皮带支腿预埋件大小、荷载，皮带走廊净高、净宽，机头、机尾设备埋件、水平荷载与竖向荷载，以及是否结合储料场进行综合设计，考虑卸料等要求，做好做实整个生产系统的规划设计。在随后各专业设计皮带走廊时，各专业间加强沟通、充分了解工艺设计意图，确保设计质量。而其后施工期间和后期投入使用运行管理时，则应严格按照原规划设计进行，加强现场管理，严禁私自修改设计、加大荷载、增设卸料口，随意增加堆料高度，以及不均匀堆载等。

1 皮带走廊及支架存在的变形开裂问题

许多煤矿、水泥厂等工业企业的皮带走廊及支架由于诸多原因，常常出现许多结构安全方面的问题，诸如：皮带走廊跨中挠度过大、下挠严重，钢桁架上、下弦弯曲变形，支座预埋螺栓弯曲变形，钢桁架中钢构件锈蚀严重，支架钢筋混凝土结构开裂明显等等，导致皮带运输能力下降，无法达到设计运量，甚至出现停运，严重影响了整个生产系统的生产、运输、销售等环节[4-5]。图1为某工业企业的皮带走廊现状图。

图1 某厂皮带走廊现状

从图1中可以明显看出，该皮带走廊目前存在以下结构问题：

（1）支架结构的钢筋混凝土框架梁端部斜向开裂、变形明显；

（2）支架结构顶部框架梁开裂；

（3）支架顶端钢桁架走廊钢支座错位明显，预埋螺栓严重弯曲变形；

（4）皮带走廊内部部分钢构件锈蚀、变形严重等。这些问题已严重威胁到整个构筑物的结构安全，存在巨大安全隐患，随时有可能发生安全事故。所以，我们建议甲方应立即停止该皮带走廊运行，及时进行整个皮带走廊及其支架结构的安全检测，及时进行加固修复，待排除掉所有安全隐患后，方可继续使用。

2 变形开裂的原因分析

针对以上常见的皮带走廊典型结构安全问题，经多方走访调研，分析整理，发现原因主要有以下几个方面。

2.1 甲方随意更改设计，增大皮带走廊的运量

皮带走廊建成后，其运量是基本恒定的，但由于煤炭、水泥等工业行业受政策、国际能源价格等因素影响，企业产品价格波动较大，往往极易出现滞销或产量不足现象。有时候，甲方为了追求利益最大化，在该皮带走廊运行期间，私自加大皮带运量，导致皮带机一直超载运行，皮带走廊楼面活荷载过大，皮带机头水平拉力明显增大，超过设计荷载允许取值范围。

2.2 走廊内堆料，超载严重

该皮带走廊内，大量末煤散落堆载，造成钢桁架走廊内，楼面活荷载增大，钢桁架下弦跨中位置挠度过大，超出规范许可范围。皮带机长期超负荷运行，且甲方未进行定期检修，在皮带机及楼面活荷载长期反复作用下，引起钢桁架两端支座处用于固定的预埋螺栓，出现截面磨细、错位严重、弯曲变形现象，随时有钢支座脱落或预埋螺栓被剪断、从混凝土牛腿顶拔出的风险。

2.3 走廊支架底部不均匀堆载

由于多数甲方堆料场地有限，往往会将走廊下部规划设计为储料场，并在走廊内每隔一定间距设置卸料口，个别甲方在后期运行过程中为解决储料问题，在未经设计人员同意的情况下，私自在皮带走廊底部加设卸料口。这往往会造成混凝土支架底部堆载不均匀，即支架框架柱一侧堆料高，一侧堆料低的现象，导致整个支架结构框架柱水平侧向压力增大，出现框架柱弯曲变形，框架梁两侧斜向开裂，局部地面下陷等严重现象。加之，皮带机运料过程中，为了减少粉尘，常常会采取喷水处理，使运料的含水量提高，更进一步加剧了这些现象。当然，不均匀堆载现象也与走廊底卸料口位置设计不合理，以及储料场装载机装料路线规划、现场作业和现场管理不合理等因素有关。

2.4 结构设计不合理

设计人员在设计阶段，未充分考虑到末煤在含水量增大后，其侧向压力、粘聚力会成倍增大，且其对混凝土框架结构中钢筋的腐蚀、碳化作用加快，未充分考虑到支架结构框架柱可能出现严重不均匀堆载，堆煤高度超高等情况，未给框架柱预留足够的承担侧向压力的余量，未在框架柱底部，储煤场装载机活动高度范围内，采取适当的角钢包角等防撞措施。

2.5 甲方未定期进行钢结构的检修维护

钢结构应定期涂刷防锈漆、防腐漆，定期检修维护，甲方未按照设计要求进行处理，导致钢桁架内部分钢构件锈蚀严重。

3 处理变形开裂的对策

所以，为了避免以后皮带走廊及其支架结构出现上述诸多安全隐患，我们应该在设计准备阶段，充分与甲方、皮带厂家进行沟通，充分了解甲方设计意图；充分考察场地，优化设计方案；以及后期使用期间的可能变更；并充分考虑皮带走廊使用过程中可能出现的超载、加设卸料口、不均匀堆载、储料场设置位置等情况，综合提出可持续的可行性初步设计，做好做实前期整个生产系统的规划设计，以供甲方合理选择。

然后，在设计阶段，各专业设计人员应加强沟通，充分了解工艺设计意图，读懂吃透规划设计，确保设计质量，应充分考虑皮带走廊支架结构所处环境类别的改变，不均匀堆载现象，卸料口设置位置，以及下部储料场装载机装料作业对支架框架柱的影响等等情况，合理设置卸料口位置，使其尽量与支架框架柱保持合理距离；适当增大框架柱截面；增加支架框架柱、框架梁的混凝土保护层厚度；支架底部装载机作业频繁的地方，在框架柱底部一定高度范围内，采用如角钢包角、包边等防撞措施，有效保护支架结构框架。

在施工期间，及时进行设计人员的技术交底，施工现场严把质量关，确保施工质量。

最后，在皮带走廊投入使用期间，甲方应加强现场管理，定期维修检查，发现安全隐患及超载问题，及时纠正解决，防止出现更大的结构安全问题。储料场设置在皮带走廊下部时，应合理堆载，严禁超高堆载、支架结构两侧严重不均匀堆载等现象。储料场装载机装料作业时，应加强现场作业人员的管理，确保装载机在支架两侧均匀铲料，严禁只铲支架结构一侧堆料，以防支架另一侧出现超高堆载现象；严禁大型装载机在支架结构根部作业高度范围内，顶着框架柱进行铲料作业，以防对框架柱底部、底部框架梁的瞬间侧向冲击荷载超出设计允许范围，造成支架结构变形、开裂等现象。

4 结束语

我们只有从前期规划设计，中间施工，后期运行管理三个阶段都充分沟通，加强管理，才能有效避免皮带走廊及其支架结构出现各种结构安全问题，延长其寿命周期，才能让其更好地服务于各个工业企业。