某输煤栈桥的结构设计

张 恒

1 工程概况

本工程为某选煤厂的煤转载点至溢流煤仓皮带输煤钢栈桥,栈桥跨度35 m,水平倾角8.5°,栈桥为钢桁架结构,两端部为门式框架,支承在下部混凝土框架上,屋面和墙面结构设柔性支撑,围护为轻质压型钢板复合板,桥面为带肋钢板上铺水泥珍珠岩板。门式框架梁为焊接H型钢 450×250×12×16,柱为焊接H型钢400×250×12×20,楼面次梁为焊接H 型钢200×200×8×12,屋面梁和桁架竖杆均为方钢管140×5,桁架上弦和下弦杆均为双角钢L180×16,斜腹杆为双角钢 L125×12,L140×12,L140×14。

如图1所示为栈桥结构ANSYS模型,栈桥结构的梁和柱采用ANSYS分析程序中的梁单元(Beam44)模拟,桥面板采用壳单元(Shell63)模拟,集中质量采用质量单元(Mass21)模拟。屋面板和墙面板整体性较差,未考虑其刚度贡献,仅将其质量按集中质量加在屋面和楼面结构节点上;皮带输煤机和煤的质量按集中质量加在楼面支承点节点上。

2 结构计算

2.1 荷载取值

1)恒荷载:屋面檩条和面板:0.5 kN/m2;桥面墙梁和面板:0.5 k N/m2;楼面:2.0 kN/m2。2)活荷载:屋面:0.5 kN/m2;楼面:3.0 k N/m2。3)风荷载:基本风压为0.4 k N/m2;,地面粗糙类型为B类。4)雪荷载:0.3 kN/m2。5)地震作用:抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.15g,设计地震分组为第一组。

2.2 荷载组合

建筑物安全等级为二级,重要性系数取1.0,分项系数、组合系数按GB 50009-2001建筑结构荷载规范选取。参与组合的荷载:恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载。计算的6种荷载组合如下:

1)1.20 恒荷载+1.40活荷载;

2)1.20 恒荷载+1.40风荷载;

3)1.20 恒荷载+1.40×0.50活荷载+1.30地震荷载;

4)1.35 恒荷载+1.40×0.70活荷载+1.40×0.60风荷载;

5)1.35 恒荷载+1.40×0.70活荷载;

6)1.35 恒荷载+1.40×0.60风荷载。

2.3 计算结果

本工程结构采用同济大学编制的3D3S软件进行设计计算,采用有限元程序ANSYS进行校核计算。

1)结构的动力特性计算。结构前10个振型自振频率结果如表1所示,部分振型图如图2所示。

表1 结构自振频率

由栈桥结构的动力特性可知,结构较多振型集中在平面外弯曲和弯扭,且第一振型为平面外平动,说明结构的平面外刚度较小,这也充分体现了栈桥结构的动力特点。从结构的频率值可得结构基频1.587 4 Hz,结构刚度在正常范围,同时振型均为整体振型,表明结构设计比较合理。

2)结构的静力计算。由于篇幅的限制,本文的结构静力考虑了以上各组合进行计算。各组合工况下结构最大位移计算结果如表2所示,结构单元的最大应力如表3所示。

表2 结构最大位移 mm

表3 结构最大应力 N/mm2

由表2,表3可知,在各组合工况下,栈桥屋面、桥面和桁架各构件应力均满足设计要求,结构水平和竖向位移最大值也满足正常使用的要求。

3 结语

通过3D3S设计计算和有限元程序ANSYS校核结果表明:各个杆件的强度、稳定和长细比均符合规范要求,该结构稳定可靠,满足设计、施工和使用的要求。

[1]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范[S].

[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].

[3]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].