支座約束對大跨度條形倉上部結(jié)構(gòu)的影響

李 影

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

唐山港京唐港區(qū)某堆場條形倉，全長855 m，設(shè)置9個倉，各倉之間設(shè)置12 m的消防通道以滿足防火要求。堆場條形倉采用空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)（三心圓柱面），凈空高度為40.138 m，跨度為131.6 m，每榀桁架每側(cè)三個柱腳，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。

圖1 條形倉剖面

2 支座約束假定

上部結(jié)構(gòu)的荷載通過支座傳給基礎(chǔ)，因此，條形倉的支座節(jié)點必須具有足夠的強度和剛度。支座應(yīng)做到傳力可靠，連接簡單，并應(yīng)符合計算假定。擬采用成品固定抗拔球鉸支座，該支座型式是在國標球型支座的基礎(chǔ)上升華而來的。可分為固定型，單向位移和雙向位移三種型式。根據(jù)條形倉的支座，本文提出兩種支座約束假定。

2.1 固定支座假定

空間鋼管桁架的支座約束，都是支座在支座反力作用下，對線位移的約束。支座在支座反力的作用下，X、Y、Z三個方向都不產(chǎn)生線位移，即為固定支座。

2.2 彈性支座假定

如果支座在支座反力的作用下，X、Y、Z某一個方向或多個方向產(chǎn)生一定的位移，同時能保證空間鋼管桁架的穩(wěn)定，我們稱此支座為彈性支座。

不同的支座約束形式和不同的彈性支座剛度，對大跨度條形倉的上部鋼結(jié)構(gòu)的桿件應(yīng)力、桁架的位移及支座反力都會產(chǎn)生很大的影響，支座反力的不同又會影響基礎(chǔ)的受力。因此不同的支座約束假定，將直接影響結(jié)構(gòu)的安全及工程造價。對于類似本工程的大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)，計算時不應(yīng)只取一種支座約束假定，而應(yīng)對比不同的支座約束對上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)的影響，綜合考慮。

3 不同支座約束假定下上部結(jié)構(gòu)的分析

本工程計算時對支座提出三種約束假定，首先，是固定支座假定；其次，是以規(guī)范計算得來的支座彈性剛度假定（方法一）；最后，是以實際試樁結(jié)果計算得來的支座彈性剛度假定（方法二）。支座約束假定如圖2～圖3及表1。

圖2 條形倉單榀一側(cè)的柱腳

圖3 固定支座約束假定

表1 兩種彈性支座剛度的取值/(kN·mm-1)

不同支座約束下堆場條形倉單倉的周期如表2（僅截取前5個振型）。

表2 上部鋼結(jié)構(gòu)周期計算結(jié)果/s

由表2結(jié)果可以看出，支座剛度越大，結(jié)構(gòu)周期越小，該趨勢符合力學計算原理，可以進行計算結(jié)果分析。

以一個分倉的同一榀桁架的計算結(jié)果為例，對比不同支座約束假定下對上部結(jié)構(gòu)受力的影響。桿件分段如圖4；計算結(jié)果如表3。

圖4 條形倉一榀桁架桿件分段

表3 上部鋼結(jié)構(gòu)強度驗算應(yīng)力比計算結(jié)果

由表3結(jié)果可以看出，靠近支座處的上下弦桿和腹桿受支座影響較大，且支座剛度越大桿件內(nèi)力越大；遠離支座處的上下弦桿和腹桿，桿件內(nèi)力隨剛度的增加而有所減小，但總體變化不大，結(jié)果基本一致。

表4 上部鋼結(jié)構(gòu)位移計算結(jié)果/mm

堆場條形倉三種支座約束假定下，單拱桁架的豎向位移計算結(jié)果如表4。固定支座時結(jié)構(gòu)的豎向位移最大值為188 mm，撓跨比1/700；方法一支座彈性剛度較小時，結(jié)構(gòu)的最大豎向位移為192 mm，撓跨比1/685，與方案二支座彈性剛度較大時的計算結(jié)構(gòu)位移近似，但仍可看出，支座剛度越大，結(jié)構(gòu)的位移越小。

4 不同支座約束假定下的支座反力

選取一個分倉的同一榀桁架同一側(cè)柱腳，對比不同支座約束假定下對支座反力的影響。支座受力示意見圖2。

4.1 固定支座反力

1）外拔內(nèi)壓組合（恒+風+0.6溫度）

表5 各柱腳支座反力 /kN

2）外壓內(nèi)拔組合（恒+0.5雪+0.5積灰+水平地震+豎向地震）

表6 各柱腳支座反力 /kN

4.2 方法一彈性剛度支座反力

1）外拔內(nèi)壓組合（恒+風+0.6溫度）

表7 各柱腳支座反力 /kN

2）外壓內(nèi)拔組合（恒+0.5雪+0.5積灰+水平地震+豎向地震）

表8 各柱腳支座反力 /kN

4.3 方法二彈性剛度支座反力

1）外拔內(nèi)壓組合（恒+風+0.6溫度）

表9 各柱腳支座反力 /kN

2）外壓內(nèi)拔組合（恒+0.5雪+0.5積灰+水平地震+豎向地震）

表10 各柱腳支座反力 /kN

由以上結(jié)果可以看出，支座剛度越大支座反力亦越大，水平方向的支座反力受支座剛度的影響較小，但豎向力受支座剛度的影響較大，設(shè)計時應(yīng)該引起注意。大跨度條形倉的支座情況，并非是絕對的固定支座，或絕對的某一彈性剛度支座，很可能是介于二者之間的情況。因此，合理確定支座剛度尤為重要，條件允許的情況下建議包絡(luò)設(shè)計。

5 結(jié)語

通過前文分析可得到以下結(jié)論：

1）靠近支座處的桿件受支座剛度影響較大，桿件內(nèi)力隨支座剛度的增大而增大。

2）支座剛度越大，結(jié)構(gòu)的位移越小。

3）支座反力隨支座剛度的增大而增大，豎向力受支座約束假定的影響較大，設(shè)計時應(yīng)該引起注意。

4）合理確定支座約束假定，明確大跨度條形倉的支座應(yīng)是介于固定支座和某一彈性剛度支座之間的情況，條件允許的情況下，應(yīng)該多種支座約束假定綜合考慮。