带式输送机钢结构桁架静力分析研究

路军　胡威

【摘 要】本文介绍了带式输送机钢结构桁架的设计过程，分析了其特点，并利用有限元软件对结构进行了计算分析。还列举了工程中的项目实例。对钢结构桁架设计具有重要的指导意义。

【关键词】桁架；结构力学；钢结构设计；静力分析

0.引言

带式输送机在散状物料运输中应用普遍，桁架作为带式输送机的支撑钢结构，可以跨越道路、河流、山坡、凹地等地形和路况。为带式输送机的架设，提供了便利的条件，从而减少了地平标高对带式输送机沿线的影响。由于系统的要求和工艺设备的改进，钢结构桁架正朝着大跨度，、轻量化方向发展。

1.计算依据及气候条件

1.1计算依据

钢结构设计规范（GB50017-2003）

建筑结构荷载规范（GB50009-2001）

建筑抗震设计规范（GB50011-2001）

1.2气候条件

（1）温度多年最高温度42°C，多年最低温度8.1°C。

（2）风速盛行风风速3.6kmh（最大），最大风速39ms。

（3）降水年平均降水2177毫米，最大降雨强度900mm/天，正常降雨期6月至9月。

2.桁架结构与力学模型

桁架一般由上下弦杆，位于两榀的腹杆、斜支撑，上下平面横连、斜支撑以及屋盖结构、外装组成。桁架还要为电缆桥架和辅助专业管线的铺设提供合理的空间和托架。常用桁架跨度为12m～13m。

上下弦杆一般采用焊接H型钢，应沿着弦杆全长于腹杆中心线处设置加劲肋。端竖杆一般采用宽翼缘焊接H型钢，并使截面强轴平行桁架跨度方向。斜支撑采用两个热轧等边角钢组合截面十字形连接，并通过连接板与上下弦杆、横连、腹杆相连的形式。

计算载荷及工况组合。

计算载荷种类：

（1）结构自重：转运站钢结构重量。

（2）部件重量：转运站上所安装的胶带机的部件重量。

（3）物料载荷。

（4）设备重量。

（5）皮带机输送带的张力。

（6）廊道作用力：转运站支撑的廊道作用力。

（7）风载。

（8）地震载荷。

（9）堵料荷载。

（10）活荷载：考虑转运站上。

载荷组合：按七种工况组合。

计算用载荷种类：

DL——恒荷载，LD——活荷载，WL——风荷载，TL——温度荷载，SL——地震作用

载荷组合：

相关数据。

风载：盛行风风速3.6kmh（最大），设计风速39mS

地震载荷：地震烈度7度，场地类别Ⅰ类，特征周期0.30S。

温度荷载：最高温度42度，最低温度8度，整个结构的温度分布均匀的。

材料线膨胀系数为β=1.2×10。

材料特性：

桁架结构采用Q235B，弹性模量E为210Gpa，泊松系数为0.3，密度均为7.85×10kg

m。这两种钢材的屈服应力及破坏应力σb如表1所示。

表1 钢材的力学特性

设计指标：Q235钢材强度设计值：f=215N

mm ，构件变形许用值：1/600。

3.结构计算力学模型

结构类型：空间桁架。桁架钢结构是由多种型钢杆件和钢板组合成的空间结构，受有三维方向的力和弯矩作用，根据结构特点和受力情况， 计算时各杆件均等效为三维弹性梁单元。桁架钢结构通过下弦杆两端用螺栓与支撑联接，有限元分析时将与支撑联接点约束，一侧约束X、Y、Z三个方向的线位移，另一侧约束Y、Z二个方向的线位移。图2是桁架计算模型图。

桁架自重加载由程序完成。

胶带，上、下托辊，中间架重量均布在桁架下平面上。

电缆槽架重量作用在腹杆上。

屋顶外装，侧面外装均布在桁架上平面。

3.2可变荷载

承载段=（物料质量+胶带质量+上托辊转动部分质量）g×0.022=（300+90+30.21）×g×0.022=92m

回程段=（胶带质量+下托辊转动部分质量）×g×0.022=（90+13.1）×g×0.022=23NM

总计运行阻力（92-23）×30=2070N均布在托辊支撑点。

3.3风荷载

4.计算结果分析

4.1强度

通过ANSYS分析，得出了桁架结构各种荷载组合的全部构件截面特性、内力、强度计算应力和构件稳定性校核应力。全部构件工作应力均小于设计值。

4.2刚度

桁架垂直方向最大变形27mm，水平方向最大变形18mm，结构刚度满足要求。图3是桁架垂直方向变形图，图4是桁架水平方向变形图。

5.工程实例

M7C-A/B带式输送机全长2.56公里，双路并行，沿线布置了40个钢结构桁架，上翻形式，共计6种长度。通过ANSYS分析，合理选择截面型材，优化设计，降低成本。

6.结语

钢结构桁架的设计即要考虑安全可靠性，又要有经济性、合理性。因此要求桁架具有足够的强度、刚度及稳定性。考虑到铁路公路运输的界限要求，将桁架每榀分段设计制作，分片运输，上下平面现场栓接的形式，尽量减小运输途中的变形量。 [科]

【参考文献】

[1]GB 50017-2003.钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]汪一骏等.钢结构设计手册[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3]付正耀，罗福盛.胶带机通廊系统钢结构设计[M].钢铁技术，2008.