輸煤鋼棧橋結構方案選擇與探討

楊小軍

(中煤西安設計工程有限責任公司,西安 710054)

在煤礦、選煤廠、電廠中有大量的棧橋,尤其在選煤廠及化工和電廠的輸煤系統中,棧橋在土建總投資中占的比例較大,目前大多是采用傳統的角鋼棧橋, 2016年我公司研發了模塊管桁架棧橋,在輸煤系統首次使用,在中煤平朔電廠輸煤系統中實施。本文就對這兩種結構形式鋼棧橋的結構設計方案、結構布置、結構性能、工程造價做比較。

1 輸煤棧橋的結構設計方案、結構形式

1.1 角鋼桁架設計方案、結構形式

角鋼棧橋是由角鋼焊接而成的四榀桁架組成,連接節點是采用焊接連接,焊縫構造要滿足《鋼結構設計手冊》(第三版)的構造要求,桿件長細比在非抗震地區按《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)的要求控制,在抗震地區按《構筑物抗震設計規范》(GB50191-2012)的要求控制。外墻和屋面采用100 mm復合壓型鋼板,側墻開窗戶,設置自然通風。角鋼棧橋剖面如圖1所示。

圖1 角鋼棧橋剖面圖Fig.1 Section of angle steel trestle bridge

1.2 模塊管桁架棧橋的結構設計方案、結構形式

模塊管桁架棧橋是由鋼管焊接而成的四榀桁架組成,連接節點是采用在工廠相貫焊接連接,焊縫構造要滿足《鋼管結構技術規程》(GB 50191-2012)的構造要求,桿件長細比在非抗震地區按《鋼管結構技術規程》(GB 50191-2012)的要求控制,在抗震地區按《構筑物抗震設計規范》(GB50191-2012)的要求控制。外墻和屋面采用100 mm復合壓型鋼板,側墻開窗戶,設置自然通風,底板采用現澆樓板,支撐在模塊管桁架上。每節模塊棧橋長度為12 m或者9 m,在工廠加工制作完成后,運輸至現場采用高強螺栓連接。模塊管桁架棧橋剖面圖見圖2。

圖2 模塊管桁架棧橋剖面圖Fig.2 Section of modular pipe truss

2 模塊管桁架與角鋼桁架的結構性能比較

通過SPAS+PMSAP復雜空間結構設計軟件計算,36 m跨度、3.8 m寬、3.0 m高的棧橋結構性能如下。

1)角鋼桁架上弦桿最大的應力比為0.86,下弦橫梁最大的應力比為0.73,見圖3。

圖3 角鋼桁架的應力比Fig.3 Stress ratio of angle steel truss

2)角鋼棧橋的豎向位移、水平位移見圖4、圖5、圖6:

圖4 恒荷載作用下的豎向位移 Fig.4 Vertical displacement under constant load

圖5 活荷載作用下的豎向位移Fig.5 Vertical displacement under live load

圖6 風荷載作用下的水平位移Fig.6 Horizontal displacement under wind load

3)模塊管桁架上弦桿最大的應力比為0.84,下弦橫梁最大的應力比為0.8,見圖7。

圖7 模塊管桁架的應力比Fig.7 Stress ratio of module tube truss

4)模塊管桁架的豎向位移、水平位移見圖8、圖9、圖10:

圖8 恒荷載作用下的豎向位移Fig.8 Vertical displacement under constant load

圖9 活荷載作用下的豎向位移Fig.9 Vertical displacement under live load

圖10 風荷載作用下的水平位移Fig.10 Horizontal displacement under wind load

表1為模塊管桁架與角鋼桁架棧橋的位移對比。可以看出,在應力比相近的情況下,兩種結構的變形基本一樣,位移均滿足《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)中附錄A中的l/400。

表1 36 m跨度、3.8 m寬、3.0 m高棧橋的位移對比指標表Table 1 Displacement comparison of trestle bridges (36 m in span,3.8 m in width,3.0 m in height)

3 兩種輸煤棧橋的造價比較

表2 36 m跨度、3.8 m寬、3.0 m高一跨鋼棧橋的造價Table 2 Cost comparison of trestle bridges (36 m in span,3.8 m in width,3.0 m in height)

4 角鋼桁架和模塊管桁架棧橋優缺點分析

為了節約項目投資、縮短施工周期、提高施工質量、提升設計水平、使鋼棧橋實現工廠化加工的特點,我公司研制了模塊管桁架棧橋,在設計開始前通過PMSAP復雜空間結構計算軟件和3D3S鋼結構空間結構設計軟件對模塊管桁架做結構計算,結果均滿足設計要求。輸煤棧橋的優缺點見表3。

表3 角鋼桁架與模塊管桁架的優缺點對比Table 3 Advantages and disadvantages of angle steel truss and modular pipe truss

5 結論

棧橋在電廠輸煤系統、選煤廠中使用較多,在總投資中占很大比例。通過兩種輸煤桁架的優缺點比較,推薦首先采用模塊管桁架棧橋,它用鋼量省、造價更低、施工速度快,可以實現在工廠模塊化制作、現場拼裝、綠色施工等。