浅析钢结构通廊的设计

2013-05-11高赛露

中国科技信息 2013年7期

关键词：压杆杆件桁架

高赛露

中冶东方工程技术有限公司秦皇岛设计研究院建工所

1 概述

胶带机通廊系统是一种在冶金、矿山、化工等行业广泛应用的运输机械设施，主要用于解决工厂内散粒物料及成品的大量连续运输，具有能够确保足量供应、成本低廉、可实现自动化控制等优点。

2 结构模型

通廊系统由支架、廊身两部分组成。工程中通常的布置有三种情况：1）当通廊计算单元中最低端与地面连接时，视地面为固定支点，可不设固定支架；2）当通廊计算单元中包含转运站，由于转运站通常为框架结构，刚度较大，可利用转运站作为通廊系统的固定支架，不再单设；3）除上述两种情况外，应单独设置固定支架。

3 结构形式的选择

3.1 桁架设计

对于跨度大于12米以上的廊身多采用桁架结构，可分为上承式与下承式。

3.2 支架设计

支架是胶带机通廊的支撑结构，间距一般为20m左右，但根据场地的具体情况，如需跨越公路，建筑物等，最大跨度也可达60m以上。支架分为单片铰接支架和双片固定支架，与计算单元内的通廊桁架共同形成纵向抗力体系。

4 受力分析

4.1 桁架计算

以土耳其卡特米尔工程上料系统中的一段通廊为例，具体说明计算过程。

设计资料：通廊全长119米，倾角12.5度，宽3.380米，最高处标高41.635米，要求全长为全封闭钢结构，通廊分为三段，中间设机械室兼做固定支架，钢材采用Q235-B钢制造。现以其中一段跨度为35.715米的通廊桁架为例，说明其计算过程。

（1）荷载：

（a）永久荷载：

檩条及屋面板荷载 0.5Kn/m2

通廊地面（走道板及加劲） 1Kn/m2

通廊内管线荷载 2Kn/m

胶带机荷重（工艺专业提供）1Kn/m2

（b）可变荷载：

不上人屋面活载 0.5Kn/m2

积灰荷载 0.3Kn/m2

设备运行荷载： 2.5Kn/m2

走道检修荷载： 2.5Kn/m2

（2）杆件计算

（a）竖向桁架计算

将上述荷载折算为弦杆节点荷载，输入PKPM ,计算可得桁架内力值。（附图1）

取跨中上弦杆为例，简述杆件应力计算结果。杆件截面为2L180x180x16，填板厚度10mm，Lx=2.61，Ly=2.61; 长细比：λx=47.2，λy=34.9

强度计算最大应力对应组合号：11，M=-0.01，N=1602.58，M=0.01，N=-1602.58

强度计算最大应力（N/mm*mm）=169.95

平面内稳定计算最大应力（N/mm*mm）=166.26

平面外稳定计算最大应力（N/mm*mm）=166.78

压杆，平面内长细比λ=47.≤[λ]=150

压杆，平面外长细比λ=35.≤[λ]=150

另经计算，跨中最大位移值50.3mm，与跨度比值为1/710，满足要求，即竖向荷载作用下，桁架所选杆件截面满足要求。

（b）水平桁架计算

水平桁架方向荷载主要考虑横向风载。基本风压ω=1.1Kn/m2,地面粗糙度取B类，通廊平均高度29.45m,风载高度系数μz=1.42；风载体型系数：迎风面风压μs1=0.8，背风面吸μs2=-0.5；风振系数Βz=1.0

风荷载=Βzμzμs1ω=1.25Kn/m2；Βzμzμs2ω=-0.781Kn/m2

取桁架水平方向，弦杆与水平支撑组成水平桁架，将计算所得风荷载折算为节点荷载，建模并输入PKPM，计算可得如下内力图（图1）。

同样取上述跨中上弦杆为例，计算长度：Lx=2.61, Ly=2.61; 长细比：λx=34.9,λy=47.2

强度计算最大应力对应组合号：1M=0.00 N=378.62 M=0.00，N=-378.62

强度计算最大应力（N/mm*mm）=40.15

平面内稳定计算最大应力（N/mm*mm）=37.16

平面外稳定计算最大应力（N/mm*mm）=39.40

压杆，平面内长细比λ=35≤[λ]=150

压杆，平面外长细比λ=47≤[λ]=150

将两个方向的应力进行叠加

强度计算最大应力（N/mm*mm）=40.15+169.95=210.5

平面内稳定计算最大应力（N/mm*mm）=37.16+166.78=203.94

平面外稳定计算最大应力（N/mm*mm）=39.40+166.26=205.26

图1

叠加后，强度及稳定均满足要求；经计算，跨中最大位移值6.0mm，与跨度比值为1/5952，满足要求，即桁架所选杆件满足要求

4.2 支架计算

（1）荷载

支架主要承受的是通廊桁架支座处传来的竖向荷载与水平荷载。

（2）截面形式

通常采用的有型钢组合式和钢管三角式两大类，现通过拟定两支架高度相同，竖向荷载相同，改变水平荷载的大小（主要讨论通廊横向水平荷载，纵向荷载仅在固定支架出考虑）通过计算，在满足强度、稳定及变形要求的前提下对两种形式支架的用钢量及变形量进行对比分析。

表1 组合式与钢管式支架对比表

通过上表的对比，可以看出，对于水平荷载（风载、地震荷载）较大，起控制作用的地区，或支架高度较高，位移起控制作用的支架，采用钢管三角式结构，更加节省钢材量，刚度容易保证，且钢管结构不需要支撑，因此构件类型单一，数量少，施工简便；对于水平荷载不大，支架高度不高，竖向荷载起控制作用的支架，采用型钢组合格构形式，能够节省近30%的钢材量，有着可观的经济效益。因此在实际工程中应结合具体情况，正确选用。