鋼管桁架輸煤棧橋的設計探討

侯迎霞++王彬

摘 要：煤礦及冶金等行業鋼棧橋采用鋼管球節點桁架比采用普通角鋼或其他型鋼桁架用鋼量省，涂裝防腐除銹及后期維護方便，避免了難于油漆或積留灰塵的死角，從而提高鋼棧橋的使用壽命給業主帶來經濟效益。

關鍵詞：鋼棧橋 普通鋼桁架 鋼管空心球桁架

中圖分類號：TU328 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（a）-0041-02

帶式輸送機棧橋是煤礦及冶金等行業地面建筑的重要組成部分，而鋼結構棧橋由于比其他鋼筋混凝土結構、砌體結構等較易實現跨度大、結構受力明確、加工方便、施工快等優點，成為近年來輸送機棧橋的常用結構形式。目前的鋼棧橋多采用普通角鋼或其他型鋼組合桁架（簡稱普通鋼桁架），由于普通型鋼截面是單軸對稱，計算時需要單獨計算、復核桿件平面外強度和穩定；另外，型鋼桁架節點的設計也較為繁瑣，出于方便設計和施工等原因，設計時，通常弦桿選材不是按照桿件實際內力設計，而往往在同一運輸單元內采用相同的截面，這樣也造成了較大的浪費。目前在一些大型煤礦的棧橋設計中，有采用鋼管空心球桁架代替傳統的型鋼桁架，由于其設計、制作、安裝簡單，用鋼量省，同時在構造設計時，也避免了難于油漆或積留灰塵的死角，便于維護，逐步在全國煤礦及冶金行業中得以應用。下面就這兩種不同桁架舉例進行分析。

1 鋼管空心球桁架與普通鋼桁架內力分析及用鋼量比較

桁架一，擬定尺寸：跨度為50 m鋼棧橋，桁架高3.5 m，魚腹高2.0 m，3.2 m一小節，桁架下弦線荷載取值10 kN/m，桁架上弦線荷載取值5 kN/m。PKPM程序計算結果（如表1）。

（1）普通鋼桁架。

上弦桿采用組合雙角鋼L200X18，下弦桿采用組合雙角鋼L125X8，魚腹下弦桿采用組合雙角鋼L180X14。

（2）鋼管空心球桁架。

上弦桿采用鋼管D325X8～14（上、下弦各節間桿件采用同種鋼管截面，在滿足一些基本構造壁厚要求的條件下采用了不同管壁厚，調整各節間應力比基本接近），下弦桿采用鋼管D159X8～10，魚腹下弦桿采用鋼管D203X14～16。

普通鋼桁架與鋼管空心球桁架計算對比分析（如表1）。

通過以上分析比較，桁架一在強度及平面內、外穩定應力比接近的條件下，鋼管空心球桁架比普通鋼桁架用鋼量節省6 180 kg，約29.6%。

桁架二，擬定尺寸：跨度為20.5 m鋼棧橋，桁架高2.8 m，2.8 m一小節，桁架下弦線荷載取值8 kN/m，桁架上弦線荷載取值1.5 kN/m。根據PKPM程序計算分析結果（如表2）。

上、下弦桿均采用鋼管D114X5～8（上、下弦各節間桿件采用同種鋼管截面，在滿足一些基本構造壁厚要求的條件下采用了不同管壁厚，調整各節間應力比基本接近）。

普通鋼桁架與鋼管空心球桁架計算對比分析（如表2）。

通過以上分析比較，桁架二在強度及平面內、外穩定應力比接近的條件下，鋼管空心球桁架比普通鋼桁架用鋼量節省1 011 kg， 約39.6%。

對以上兩榀鋼桁架，一榀采用跨度較大、荷載較大；另一榀采用通長跨度、常用荷載，比較后得出：在相同的荷載條件下，把同樣跨度的不同形式桁架計算應力比調整到基本相同時，鋼管空心球桁架比普通桁架用鋼量節省30%～40%。鋼管空心球桁架比普通桁架用鋼量省的原因除截面是雙軸對稱外，更主要的是桁架上、下弦鋼管桁架各節間桿件采用的是空心球連接，可以在每個節間之間采用不同的型鋼截面形式，從而使各節間型鋼應力調到較優化的程度，減小鋼材截面，從而節省了鋼材用量；普通桁架在這一方面就無法實現，普通桁架每榀桁架上、下弦節間之間各桿件通長一個截面，應力比中間調到優化程度，而兩側應力比越來越小，采用變換型鋼截面形式調整應力較小，這樣理論計算可以，但兩側截面上、下弦桿斷面減小后節點連接和加工焊接難度很大，施工上難于實現，從而只能造成材料浪費。

2 鋼管空心球桁架與普通鋼桁架防腐設計的比較

煤礦及冶金行業的鋼棧橋所處環境類別比較惡劣，在工業氣體、鹽霧、露水、酸性雨水等介質的作用下而產生腐蝕，且大多數現場管理人員對鋼棧橋的維護不重視，在鋼結構防腐維護上的認識比較差，對于一些隱藏部分、難于發現的部位更難于做到維護。鋼棧橋長時間在惡劣的條件下運轉，這會使其強度將大大降低，嚴重甚至提前報廢，影響企業的安全生產，給企業造成經濟損失。因此，鋼棧橋需定期進行有效的防護，才能滿足其設計使用年限。

目前普通鋼桁架一般采用角鋼組合或槽鋼組合，這樣的鋼桁架在除銹及防腐涂裝時施工比較麻煩，且也難于施工到位，難免會出現漏除銹及涂裝的死角位置，這就會給鋼棧橋后期的使用留下安全隱患，且在施工完驗收時也難于發現是不是防銹、涂裝到位滿足設計要求，質量是否合格。在后期維護方面，除銹、涂裝難度就會更大，死角位置不容易發現，不容易按設計要求進行維護，有些地方甚至無法施工維護，從而造成鋼桁架提前出現腐蝕，達不到設計服務年限，提前報廢。而采用鋼管球節點桁架，對涂裝就比較方便，不存在死角問題，各個材料表面均呈凸出形式，在前期施工時施工人員施工方便，施工質量更容易保證，驗收人員也容易發現漏涂、少涂的位置，可以及時采取補救措施。后期維護就更方便了，平時管理人員可以很容易地發現銹蝕的位置，并可以及時進行維護，使銹蝕的地方及時得到彌補，保護了鋼構件本身的壽命，從而使鋼桁架使用時間延長，有條件按照設計使用年限服務，無形中為煤礦企業節約了成本。

3 結語

通過以上對兩種鋼桁架的前期設計、施工及后期維護的分析，筆者認為采用鋼管球節點桁架比普通鋼桁架從前期材料選型上或后期維護費用及施工方便上都會有很好的經濟效益，相信這種鋼管球節點桁架會越來越受到煤炭行業及冶金行業的親睞，得到廣泛的應用。

參考文獻

[1] 鋼結構設計規范 GB50017-2003[S].

[2] 鋼結構設計手冊[Z].