输煤钢栈桥结构方案选择与探讨

杨小军

(中煤西安设计工程有限责任公司,西安 710054)

在煤矿、选煤厂、电厂中有大量的栈桥,尤其在选煤厂及化工和电厂的输煤系统中,栈桥在土建总投资中占的比例较大,目前大多是采用传统的角钢栈桥, 2016年我公司研发了模块管桁架栈桥,在输煤系统首次使用,在中煤平朔电厂输煤系统中实施。本文就对这两种结构形式钢栈桥的结构设计方案、结构布置、结构性能、工程造价做比较。

1 输煤栈桥的结构设计方案、结构形式

1.1 角钢桁架设计方案、结构形式

角钢栈桥是由角钢焊接而成的四榀桁架组成,连接节点是采用焊接连接,焊缝构造要满足《钢结构设计手册》(第三版)的构造要求,杆件长细比在非抗震地区按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的要求控制,在抗震地区按《构筑物抗震设计规范》(GB50191-2012)的要求控制。外墙和屋面采用100 mm复合压型钢板,侧墙开窗户,设置自然通风。角钢栈桥剖面如图1所示。

图1 角钢栈桥剖面图Fig.1 Section of angle steel trestle bridge

1.2 模块管桁架栈桥的结构设计方案、结构形式

模块管桁架栈桥是由钢管焊接而成的四榀桁架组成,连接节点是采用在工厂相贯焊接连接,焊缝构造要满足《钢管结构技术规程》(GB 50191-2012)的构造要求,杆件长细比在非抗震地区按《钢管结构技术规程》(GB 50191-2012)的要求控制,在抗震地区按《构筑物抗震设计规范》(GB50191-2012)的要求控制。外墙和屋面采用100 mm复合压型钢板,侧墙开窗户,设置自然通风,底板采用现浇楼板,支撑在模块管桁架上。每节模块栈桥长度为12 m或者9 m,在工厂加工制作完成后,运输至现场采用高强螺栓连接。模块管桁架栈桥剖面图见图2。

图2 模块管桁架栈桥剖面图Fig.2 Section of modular pipe truss

2 模块管桁架与角钢桁架的结构性能比较

通过SPAS+PMSAP复杂空间结构设计软件计算,36 m跨度、3.8 m宽、3.0 m高的栈桥结构性能如下。

1)角钢桁架上弦杆最大的应力比为0.86,下弦横梁最大的应力比为0.73,见图3。

图3 角钢桁架的应力比Fig.3 Stress ratio of angle steel truss

2)角钢栈桥的竖向位移、水平位移见图4、图5、图6:

图4 恒荷载作用下的竖向位移 Fig.4 Vertical displacement under constant load

图5 活荷载作用下的竖向位移Fig.5 Vertical displacement under live load

图6 风荷载作用下的水平位移Fig.6 Horizontal displacement under wind load

3)模块管桁架上弦杆最大的应力比为0.84,下弦横梁最大的应力比为0.8,见图7。

图7 模块管桁架的应力比Fig.7 Stress ratio of module tube truss

4)模块管桁架的竖向位移、水平位移见图8、图9、图10:

图8 恒荷载作用下的竖向位移Fig.8 Vertical displacement under constant load

图9 活荷载作用下的竖向位移Fig.9 Vertical displacement under live load

图10 风荷载作用下的水平位移Fig.10 Horizontal displacement under wind load

表1为模块管桁架与角钢桁架栈桥的位移对比。可以看出,在应力比相近的情况下,两种结构的变形基本一样,位移均满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中附录A中的l/400。

表1 36 m跨度、3.8 m宽、3.0 m高栈桥的位移对比指标表Table 1 Displacement comparison of trestle bridges (36 m in span,3.8 m in width,3.0 m in height)

3 两种输煤栈桥的造价比较

表2 36 m跨度、3.8 m宽、3.0 m高一跨钢栈桥的造价Table 2 Cost comparison of trestle bridges (36 m in span,3.8 m in width,3.0 m in height)

4 角钢桁架和模块管桁架栈桥优缺点分析

为了节约项目投资、缩短施工周期、提高施工质量、提升设计水平、使钢栈桥实现工厂化加工的特点,我公司研制了模块管桁架栈桥,在设计开始前通过PMSAP复杂空间结构计算软件和3D3S钢结构空间结构设计软件对模块管桁架做结构计算,结果均满足设计要求。输煤栈桥的优缺点见表3。

表3 角钢桁架与模块管桁架的优缺点对比Table 3 Advantages and disadvantages of angle steel truss and modular pipe truss

5 结论

栈桥在电厂输煤系统、选煤厂中使用较多,在总投资中占很大比例。通过两种输煤桁架的优缺点比较,推荐首先采用模块管桁架栈桥,它用钢量省、造价更低、施工速度快,可以实现在工厂模块化制作、现场拼装、绿色施工等。