钢管桁架输煤栈桥的设计探讨

侯迎霞++王彬

摘 要：煤矿及冶金等行业钢栈桥采用钢管球节点桁架比采用普通角钢或其他型钢桁架用钢量省，涂装防腐除锈及后期维护方便，避免了难于油漆或积留灰尘的死角，从而提高钢栈桥的使用寿命给业主带来经济效益。

关键词：钢栈桥 普通钢桁架 钢管空心球桁架

中图分类号：TU328 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（a）-0041-02

带式输送机栈桥是煤矿及冶金等行业地面建筑的重要组成部分，而钢结构栈桥由于比其他钢筋混凝土结构、砌体结构等较易实现跨度大、结构受力明确、加工方便、施工快等优点，成為近年来输送机栈桥的常用结构形式。目前的钢栈桥多采用普通角钢或其他型钢组合桁架（简称普通钢桁架），由于普通型钢截面是单轴对称，计算时需要单独计算、复核杆件平面外强度和稳定；另外，型钢桁架节点的设计也较为繁琐，出于方便设计和施工等原因，设计时，通常弦杆选材不是按照杆件实际内力设计，而往往在同一运输单元内采用相同的截面，这样也造成了较大的浪费。目前在一些大型煤矿的栈桥设计中，有采用钢管空心球桁架代替传统的型钢桁架，由于其设计、制作、安装简单，用钢量省，同时在构造设计时，也避免了难于油漆或积留灰尘的死角，便于维护，逐步在全国煤矿及冶金行业中得以应用。下面就这两种不同桁架举例进行分析。

1 钢管空心球桁架与普通钢桁架内力分析及用钢量比较

桁架一，拟定尺寸：跨度为50 m钢栈桥，桁架高3.5 m，鱼腹高2.0 m，3.2 m一小节，桁架下弦线荷载取值10 kN/m，桁架上弦线荷载取值5 kN/m。PKPM程序计算结果（如表1）。

（1）普通钢桁架。

上弦杆采用组合双角钢L200X18，下弦杆采用组合双角钢L125X8，鱼腹下弦杆采用组合双角钢L180X14。

（2）钢管空心球桁架。

上弦杆采用钢管D325X8～14（上、下弦各节间杆件采用同种钢管截面，在满足一些基本构造壁厚要求的条件下采用了不同管壁厚，调整各节间应力比基本接近），下弦杆采用钢管D159X8～10，鱼腹下弦杆采用钢管D203X14～16。

普通钢桁架与钢管空心球桁架计算对比分析（如表1）。

通过以上分析比较，桁架一在强度及平面内、外稳定应力比接近的条件下，钢管空心球桁架比普通钢桁架用钢量节省6 180 kg，约29.6%。

桁架二，拟定尺寸：跨度为20.5 m钢栈桥，桁架高2.8 m，2.8 m一小节，桁架下弦线荷载取值8 kN/m，桁架上弦线荷载取值1.5 kN/m。根据PKPM程序计算分析结果（如表2）。

上、下弦杆均采用钢管D114X5～8（上、下弦各节间杆件采用同种钢管截面，在满足一些基本构造壁厚要求的条件下采用了不同管壁厚，调整各节间应力比基本接近）。

普通钢桁架与钢管空心球桁架计算对比分析（如表2）。

通过以上分析比较，桁架二在强度及平面内、外稳定应力比接近的条件下，钢管空心球桁架比普通钢桁架用钢量节省1 011 kg， 约39.6%。

对以上两榀钢桁架，一榀采用跨度较大、荷载较大；另一榀采用通长跨度、常用荷载，比较后得出：在相同的荷载条件下，把同样跨度的不同形式桁架计算应力比调整到基本相同时，钢管空心球桁架比普通桁架用钢量节省30%～40%。钢管空心球桁架比普通桁架用钢量省的原因除截面是双轴对称外，更主要的是桁架上、下弦钢管桁架各节间杆件采用的是空心球连接，可以在每个节间之间采用不同的型钢截面形式，从而使各节间型钢应力调到较优化的程度，减小钢材截面，从而节省了钢材用量；普通桁架在这一方面就无法实现，普通桁架每榀桁架上、下弦节间之间各杆件通长一个截面，应力比中间调到优化程度，而两侧应力比越来越小，采用变换型钢截面形式调整应力较小，这样理论计算可以，但两侧截面上、下弦杆断面减小后节点连接和加工焊接难度很大，施工上难于实现，从而只能造成材料浪费。

2 钢管空心球桁架与普通钢桁架防腐设计的比较

煤矿及冶金行业的钢栈桥所处环境类别比较恶劣，在工业气体、盐雾、露水、酸性雨水等介质的作用下而产生腐蚀，且大多数现场管理人员对钢栈桥的维护不重视，在钢结构防腐维护上的认识比较差，对于一些隐藏部分、难于发现的部位更难于做到维护。钢栈桥长时间在恶劣的条件下运转，这会使其强度将大大降低，严重甚至提前报废，影响企业的安全生产，给企业造成经济损失。因此，钢栈桥需定期进行有效的防护，才能满足其设计使用年限。

目前普通钢桁架一般采用角钢组合或槽钢组合，这样的钢桁架在除锈及防腐涂装时施工比较麻烦，且也难于施工到位，难免会出现漏除锈及涂装的死角位置，这就会给钢栈桥后期的使用留下安全隐患，且在施工完验收时也难于发现是不是防锈、涂装到位满足设计要求，质量是否合格。在后期维护方面，除锈、涂装难度就会更大，死角位置不容易发现，不容易按设计要求进行维护，有些地方甚至无法施工维护，从而造成钢桁架提前出现腐蚀，达不到设计服务年限，提前报废。而采用钢管球节点桁架，对涂装就比较方便，不存在死角问题，各个材料表面均呈凸出形式，在前期施工时施工人员施工方便，施工质量更容易保证，验收人员也容易发现漏涂、少涂的位置，可以及时采取补救措施。后期维护就更方便了，平时管理人员可以很容易地发现锈蚀的位置，并可以及时进行维护，使锈蚀的地方及时得到弥补，保护了钢构件本身的寿命，从而使钢桁架使用时间延长，有条件按照设计使用年限服务，无形中为煤矿企业节约了成本。

3 结语

通过以上对两种钢桁架的前期设计、施工及后期维护的分析，笔者认为采用钢管球节点桁架比普通钢桁架从前期材料选型上或后期维护费用及施工方便上都会有很好的经济效益，相信这种钢管球节点桁架会越来越受到煤炭行业及冶金行业的亲睐，得到广泛的应用。

参考文献

[1] 钢结构设计规范 GB50017-2003[S].

[2] 钢结构设计手册[Z].