論大傾角皮帶輸煤棧橋設計

劉金玉

【摘 要】針對大傾角皮帶棧橋設計中所需要注意的幾個問題進行分析，包括基礎設計最不利工況，荷載組合，柱水平剛度設計等，以保證結構在體系以及經濟上更為合理。本文案例采用PKPM2010V3.1計算，并根據規范復核。

【關鍵詞】大傾角皮帶;輸煤棧橋;PKPM2010V3.1

一、結構荷載.工況及組合說明

從皮帶機的運行機理來說，設備產生的水平荷載與垂直荷載是一組同時存在的荷載，不存在單獨的水平荷載或者單獨的垂直荷載這種工況。從計算結果顯示，如果其作為活載輸入，其基礎計算的最不利組合工況為設備垂直荷載參與組合，而其水平荷載不參與組合。此時，軸力最小，彎矩最大。然而在實際運行中該組合不存在，也不合理。設計偏保守，過于浪費。因此在做基礎計算時，將設備運行荷載作為恒載輸入，以保證結構的安全性。在上部結構計算中可取按恒載及活載計算包絡值設計。

二、結構方案基本做法

A）棧橋結構可采用混凝土柱+鋼桁架棧橋設計，也可采用全鋼結構的形式。通常將樓面采用壓型鋼板+混凝土樓板的形式，樓板與鋼梁之間采用栓釘連接。屋面及墻面均采用壓型鋼板封閉。

B）大傾角皮帶棧橋由于角度大，距離短，能夠利用最短的距離將煤輸送到最大的高度。該設計時縱向柱列較少，導致棧橋柱高差很大。最低處的柱由于水平剛度大于其他柱而分擔較多的水平力，此處基礎大于其他柱基礎，需特別注意。

C）結構計算中出現較大的剪力，設計鋼桁架時對柱腳節點需特別注意抗剪鍵的設置。需對抗剪鍵截面及連接焊縫進行復核。

三、工程案例

工程以玖龍紙業（沈陽）有限公司3x380t/h熱電聯產項目一期工程2#棧橋為案例演示計算。

3.1工程概況

根據工藝布置及業主要求，此棧橋為寬8.5m，投影長16.80m，高差21米，角度為50度的封閉鋼棧橋;棧橋樓面采用壓型鋼板與現澆混凝土組合樓面，屋面及圍護結構為輕鋼結構;棧橋支柱為鋼筋混凝土柱。

根據設備資料數據，結合《建筑結構荷載規范》，基本計算參數及荷載取值如下：

基本風荷載標準值：0.55kN/m2

基本雪壓：0.50kN/m2

恒載：樓面為4.0kN/m2;屋面為0.3kN/m2;側壁圍護為0.3kN/m2

活荷：樓面為4.0kN/m2;屋面為0.5kN/m2

場地類別為Ⅲ類，抗震設防烈度為6度，設計地震加速度值0.05g，設計地震分組為第一組，建筑抗震設防分類為丙類。

設備運行參數如下：

額定輸送量 ?600t/h ?帶寬 ?1400mm ? 帶速 ?1.25m/s

3.2計算模型假定

鋼桁架腹桿與上下弦桿間采用鉸接，豎桿與混凝土柱之間采用鉸接連接。采用PK模型進行平面計算。

3.3結構基礎分析

A）柱截面：KZ-1，KZ-2，KZ-3均采用600X800截面，根據PKPM平面分析，在考慮設備荷載及左風荷載疊加的情況下最不利（考慮本地區地震設防基本烈度為6度，地震作用非控制性荷載，在本文中不考慮地震組合。而且由于活載引起的剪力及彎矩較小，為簡化計算，本文不做考慮），其計算結果如下：

本項目采用預應力混凝土管樁，單樁承載力達到1400KN，在荷載效應標準組合下不存在平均豎向力及樁最大豎向力不滿足樁承載力要求的工況，因此主要對樁最小豎向力計算，以樁避免出現上拔力的工況。為簡化計算過程，本文將所有樁承臺按照四樁承臺計算，并且不考慮平均豎向力及最大豎向力的工況并且僅計算縱向框架。承臺考慮為四樁承臺，樁間距為1400mm，承臺尺寸為2400X2400. 計算過程如下：

（1）根據建筑結構荷載規范計算組合

KZ-1 ?軸力 ?639KN ?彎矩 ? 352.5

KZ-2 ?軸力 ?611KN ? 彎矩 ?239.2

KZ-3 ?軸力 ?-68.3KN ?彎矩 ?147.5

根據建筑樁基技術規范，5.1.1條計算，計算過程如下：

KZ-1Nmin=91.5KN ?（滿足要求）

KZ-2Nmin=125KN ?（滿足要求）

KZ-3Nmin=-12.2KN ?（不滿足要求）

KZ-3的基礎在設計中出現拔力，現將KZ-3樁間距改為2000計算，承臺尺寸修改為2900X2900，仍采用四樁承臺

KZ-3Nmin=（FK+GK）/n+Mxky/∑yi2

=30.1KN ?（滿足要求）

KZ-3基礎若需要在不考慮加大樁間距的前提下滿足不出現拔力的要求（本文中按照不考慮抗拔樁設計），可采取加大承臺截面以及承臺上方配重的措施來抵抗拔力。

采用該方案時，計算如下：KZ-3Nmin=26.5KN （滿足要求）

B）對結構進行優化，從結構的剪力分配來考慮，由于KZ-3高度小，其分擔的水平力大于KZ-1，KZ-2。KZ-3由于軸力小，彎矩及剪力偏大，樁易產生拔力。現對整體結構的布置進行調整，即通過增加KZ-1，KZ-2截面來增加KZ-1，KZ-2的水平剛度。現將KZ-1，KZ-2的截面修改為600X1200，計算結果如下：

（1）根據建筑結構荷載規范計算組合

KZ-1 ?軸力 ?750KN ? 彎矩 ?538.6

KZ-2 ?軸力 ?657KN ? 彎矩 ?402.3

KZ-3 ?軸力 ?-29.8KN ?彎矩 ?109.3

（2）根據建筑樁基技術規范，5.1.1條計算，計算過程如下：

KZ-1Nmin=52.74KN ?（滿足要求）

KZ-2Nmin=78.2KN ? （滿足要求）

KZ-3Nmin=11.1KN ? （滿足要求）

綜上所述，針對大傾角輸煤皮帶棧橋由于水平荷載大于常規棧橋，導致其樁基礎出現拔力的情況給出以下三種解決方案：

a）可以適當加大高度較大的柱截面（KZ-1，KZ-2），增加該柱的水平剛度，以避免剪力集中在高度較小的柱（KZ-3）。該方法有一定的適用性，但是在經濟上不是特別的明顯。

b）增加樁間距。該辦法經濟性能比較好。對基礎受力性能的改善很明顯，可以在各種出現拔力的基礎中使用。

c）增加基礎的壓重，及在基礎頂面采用素混凝土回填。該方案適用于施工后由于各種原因需更改基礎的情況，或者擴建中不滿足抗拔要求的情況。

d）可以采用基礎梁承擔部分彎矩，減小由于拉力及彎矩引起的樁拔力，但是受到場地限值，本項目KZ-3無法設置基礎拉梁，本文未做詳細闡述。

四、結束語

1.本文針對大傾角輸煤棧橋荷載作用機理進行了一定的闡述，將設計時采用的荷載組合進行了細化。針對大傾角輸煤棧橋計算時采用詳細的荷載計算可以保證設計的經濟性能，避免過多的浪費。

2.對于大傾角輸煤皮帶棧橋基礎設計時，若采用樁基礎，需要特別注意抗拔的問題。針對如何解決抗拔的問題，本文給出了方案。

3.在截面相差不大的情況下，應采取措施保證各柱水平剛度接近，減少水平力分配不均引起的結構不利。

【參考文獻】

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