粗碎工段结构整体计算方法

李 浩

(北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

0 前 言

粗碎工段是选矿工艺中的一个重要环节。粗碎工段的受矿仓、挡土墙、地下通廊及设备基础等混凝土用量大，土建施工费用高。传统的设计方法，往往是采用构件设计法，即受矿仓、挡土墙、地下通廊等单独计算，不考虑各部分之间的相互作用，设计相对保守，存在优化空间。

本文通过对料仓、相关范围内的挡土墙、部分地下通廊、重板给料机基础及操作平台的整体建模，介绍了该部分粗碎工段的整体计算方法。

1 结构概况

某项目粗碎工段由原矿受料仓、重板给料机和颚式破碎机三部分组成。根据工艺布置方案，利用原有场地地形并进行部分填方，形成12.5 m高差，此处设置一段扶壁式挡土墙。原矿受矿仓平面尺寸6 m×7 m，侧壁高1.5 m，漏斗高度4 m，在漏斗边缘处设置暗梁。受矿仓下为重板给料机及鄂式破碎机，重板给料机基础为框架式，颚式破碎机基础为块体基础，为减轻振动影响，在颚式破碎机与重板给料机基础之间设置结构缝。重板给料机及颚式破碎机下设置地下通廊，通过皮带将矿石运往下一段工序，地下通廊采用混凝土结构。结构整体模型如图1所示。

(a)前轴测图

2 整体计算方法

2.1 粗碎工段单元模拟及边界条件

挡土墙选用扶壁式挡墙，底板、侧壁及扶壁均采用板单元模拟。

受料仓侧壁及漏斗均采用板单元模拟。漏斗口处布置有暗梁，采用梁单元模拟。

地下通廊底板及侧壁采用板单元模拟。

重板给料机的框架式基础，梁、柱采用梁单元模拟。柱底支撑在地下通廊底板上，柱底弯矩较小，按铰接考虑。

底板与土接触采用弹性连接模拟，由基床系数及单元面积计算弹簧刚度，节点弹性连接可限制底板竖向变形。在底板四角设置节点限制水平位移的支座，形成稳定结构。

2.2 荷载及荷载组合

结构作用主要可分为永久作用和可变作用两类。永久作用应包括结构自重、土压力、设备自重、地基的不均匀沉降等；可变作用应包括矿石料重、设备运行荷载、检修荷载，地面堆载等。

土压力采用朗肯土压力理论计算[1]，基本假定为：墙背垂直；墙背表面光滑；填土表面与水平面夹角为0；不考虑墙厚填土的粘聚力。

重板给料机支座通过预埋件与框架式基础相连，荷载以线荷载形式施加在框架梁上。

根据《钢筋混凝土筒仓设计标准》(GB 50077-2017)[2]，受矿仓为低壁浅仓，贮料压力垂直作用于侧壁及漏斗壁上。

检修荷载以均布荷载形式施加在楼面上。操作平面的均布荷载为4 kN/m2，吊装检修平面的均布荷载为8 kN/m2。

承载能级极限状态计算时，采用荷载效应的基本组合。其荷载分项系数按下列规定选用：结构自重取1.2，贮料荷载取1.3，平台活荷载取1.3(标准值>4 kN/m2)[3-4]。

2.3 计算结果与分析

按承载力极限状态验算，根据荷载基本组合得到应力计算结果；按正常使用极限状态验算，根据荷载标准组合得到变形计算结果。

1)基础底板应力及变形如图2所示，在挡土墙底板上由于竖向土压力的有利作用，应力很小，地下通廊处没有土压力，应力稍大，角部由于设置了限制水平位移的支座，局部出现应力集中，可忽略不计。由于水平土压力作用，基础底板前端沉降较大；竖向荷载通过挡墙传递到基础底板，墙根处竖向变形比其他位置大。

(a)基础底板应力云图

(b)基础底板变形云图

2)挡土墙侧壁应力及变形如图3所示，挡土墙主要承受水平土压力作用，扶壁柱之间的挡土墙中下部应力比较大，计算结果可以看出，扶壁柱的支撑作用明显。由位移云图可以看出，挡土墙顶部变形最大，缓冲仓处侧墙刚度较大，此处的变形比挡墙顶部小。

(a)挡土墙应力云图

(b)挡土墙变形云图

3)重板给料机框架的应力及变形如图4所示，为避免较大振动，重板给料机的梁柱截面尺寸较大，框架的梁柱应力均不大。由于框架与挡土墙相连，框架的变形主要是水平变形，在设计时，应适当增加最外侧框架梁柱的配筋。

(a)重板给料机框架应力云图

(b)重板给料机框架变形云图

3 结 论

1)整体计算方法可充分考虑受矿仓、挡土墙、地下通廊及重板给料机框架等的相互影响，计算结果较传统方法更加准确。

2)重板给料机框架刚度小，受挡墙变形影响较大，设计时宜适当加大纵筋并全高加密箍筋，以增大框架柱的延性。

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