大型胶带运输机大悬臂栈桥设计研究.pdf

f f 一 7 2 0 0 0年 9月 第 2 9卷第 5期 有色矿山 Nc r ff e no u Mi n e s S e p t ， 2 0 0 0 v0 1 ． 29№ ． 5 大型 胶带 运输 机大 悬臂栈 桥设 计研 究 一冶金 螈1 0 0 0 3 8 北京有色冶金设 计研究总院， 北京 ， 一 一 ； ； ， 设计可 弓 [ 摘要]通过德 铜矿三期工程实例， 对较高大的钢结构悬臂殷带运输机栈桥的设计过程 做 了系统地论述。提出应充分考虑胶带 张力及设置斜支 架后对栈桥桁架 内力变形 和构 造的影 响 ， 在充分利用 材料强度的前提下作 出了满足结构变形要求的经济台理的结构方案 。实践证明其结 论对类似工程具有参考意义 。 [ 中国分类号 ]T U3 7 5 5 [ 文献标识码】A [ 文章编号】1 0 0 2 , 一 8 9 5 1 2 0 0 0 0 5 - 0 0 4 4 - 0 4 S t u d y a n d d e s i g n o f l a r g e c a n t i l e v e r e d s t r u c t u r e o f b e l t c o nv e y o r LI U Xi a o - d u o t 3 e i j i n g C e n t r a l E n g i n e e r i n g ＆ R e s e a r c h I n s t i t u t ef o rNo n - f e r r o u s Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r i e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ． i n a Ke y wo r d s b e l t c o n v e y o r ； c a nt i l e v e r e d s t r l l c t r ； b e l t t e n s i o n； s t r u c t u r e d e f o m t i o n Ab s t r a c t B a s e d o n t h e t h i r d p h a s e o f t h e p r 。 j e c t i n De xi n g C op p e r Mi n e ， t he wh o l e d e s i g n ed ． u s e of t he h u g e c a n t i l e ve r e d S t r t l c t u r e f o r b e l t c o n v e y o r s i s d i s c u s s e d． Th e a u t h o r p u t s f o r wa r d a c o n c e p t t o t h i n k a b o u t t h o r o u l y t he b e l t t e n s i o n a n d t h e i n f l u e n e e 0 f i n s t a l l i n g a b a s e t o t h e d e f o r ma t i o n 0 f t h e t r u s s hr i d ge c a u s e d h y i n t e r h a l f o i c e s a n d s t r u c t u r e ． a n e c o no mi c a l an d u s e f u l s t r u c t u r e p l a n Wa S ma d e t o me e t th e r e q u i r e m e n t o f s t r u c t u r e d e f o r ma t i o n o n th e p r e m i s e o f u s i n g f u l l y t h e s t r e n g t h o f th e ma t e r i a 1 ． Th e c o n c l u s i o n wo u l d b e u s e f u l to t h e s i mi l a r e n g i n e e r i n g． 1工 程 概 况 江西德兴铜矿大 山选矿厂 ， 其生产规模 为 日处理矿石 6 ． 0万 t 。原矿运输方案为 采 用两条钢丝芯胶带运输机将经设置在露天采 场的旋 回破碎机 破碎后 的矿石 块 度约为 3 0 0 ram 运 至选矿 厂 的原矿堆 储存备用 。 该胶带运 输机 采用 头部传 动 ， 全 长约 1 2 5 5 m， 大部分位于斜井 内， 仅头部长约 7 0 m 的部分出露地面并架空。每条运输机每天运 输矿石 3 ． 0 万 t ， 胶带的 运 行 速 度 较 高 ， 达 4 ． 6 r n ／ s 。 运输机 卸矿 点距 驱 动站 水 平 距 离 为 [ 收稿 日期] 2 0 0 0 7 1 1 [ 作者简介 】 刘效铎 1 9 5 7 一 ， 女 ， 高 级工程师 从事工程设计工作 。 3 6 m， 距原矿堆场地面的高度为 4 2 m。因此 ， 胶带运输机栈桥 以下简称栈桥 负荷重， 悬 挑长度及高度都很大 ， 为保证其正常运行 ， 对 栈桥 的变形 限制也很严。此外 ， 栈桥所在场 地的施工运输及作业条件都很差 ， 给设计及 施工带来较大的困难。 2结 构 方案 工艺及施工条件确定 了采用钢结构栈桥 是合理 的 。 1 栈桥 自斜井 出 E l 至原矿堆场顶部卸 矿点 ， 全 长 约 7 0 m， 距洞 口约 1 0 ． 5 m 处设 置 驱动站 ， 其跨度为 2 1 m。因此， 胶带运输机头 部卸矿点距驱动站约为 3 6 m， 与原矿堆场顶 板高差约为 4 2 m。显然在此范围内设置任何 形式的栈桥支架 ， 既有碍于原矿堆场的有效 使 用 ， 影 响生产 ， 同 时 ， 也是 很 不 合 理 的 。所 维普资讯 第 5 期 刘效铎 大 型胶带运输机大悬臂栈桥设计研究 4 5 以原矿堆场顶部栈桥为悬臂结构 ， 挑 出长约 为 3 6 m。栈桥 结构系 统见 图 1 。 图 1 栈 桥 结构 系 统 图 2 常见的栈桥方案为驱 动站 或转运 站 将栈桥分为两个独立的部分。本工程 由 于下述 几点 特 殊性 ． 采 用 了连 续 独立 栈 桥形 式 。工艺专 业采 用胶 带 机头 部 驱 动 ， 尾 部拉 紧的方式， 当正常运转时 ， 使其头部滚筒张力 高达 1 2 0 0 k N； 此外 ， 为解决滚筒 的分期 安装 及检修更换问题 ， 在桁架头部安装一台 1 0 t 的检修吊车、 支架两侧安装检修小 车。悬臂 桁架承受很大的水平力及竖向力。经过方案 比较 并利 用 地形 地貌 的特 点 ， 选 择 了如 图 1 所示的支撑结构 两根主要钢管支架一端支 撑桁架头部， 以增加头部桁架刚度 ， 并便于悬 臂部分桁架 的施 工、 安装 。另一端固结在驱 动站箱形基础上 ， 利用其阿 0 度大、 承载力强的 特点 。穿过驱动部分栈桥 ， 通过在厂房两边 各设一个支架来支承， 与厂房完全脱开。胶 带张力等产生的很大的水平力由栈桥尾部锚 固墩承受 ， 对厂房结构没有影响。 墟 毪 挺 俺 毫 图 2 上承 式桁架断面形式 3 栈桥桁架形式选择采用上承式桁架 结构 ， 断 面形 式如 图 2所示 。 桁 架高度低 ， 结构 自重 轻 ， 形 式 简 洁 ， 施工方便。 色 3 栈桥设计 中的几个 问题 3． 1 荷 载 静载、 活载值按实际情况选用 。风 载计 算按现行 规范 ， 由于栈 桥头 部距 地面 4 2 m， 且 处于空旷地带 ， 本设计考虑风振系数 ， 经计算 风 振 系数 B 1 ． 7 。 胶带机张力见图 3 。 7 D 图3 胶带机张力图 运 转时 T 5 8 0 k N， 1 5 0 k N； 起动时 T 7 5 4 k N， T2 1 9 5 k N； 所 以 P2x7 5 4 1 5 0 8 k N。 将上述力 P化为垂 直力和水平力作 用 在栈桥桁架上。 3 ． 2 作用效应硬其组合 1 考虑水平力影响 由于风力可能从两 个方 向传来 ， 因此 ， 在水平风力作用下 ， 桁架 每个上、 下弦杆件产生的附加轴向力将有拉、 压两种情况 ， 在进行 内力组合时 ， 应选取最不 利 值 。 2 设计时 ， 为确保结构的安全可靠 ， 分 别设计 了如下几种情况下桁架杆件产生的内 力 ①节点满荷载情况下 称工况 1 ； ②皮带 维普资讯 有色矿山 2 0 0 0拄 张力情况下 称工况 2 ； ③ 检修 车运行到三 种不 同位置 时 称 工况 3、 4 、 5 。 工况 1及 工况 2为胶带机 的正常运转状 态 ， 也是栈 桥 的 主要 受力 状 态 当栈 桥桁 架 安装施工和检修时 ， 胶带张力为 0 ， 同时节点 荷载应减去物料重 ； 工况 3 、 4 、 5为检修车荷 载 ， 与工况 1 , 2不 同时存在 。 根据上述 原 则 ， 组合 得 出杆 件 的最 大 内 力 。 3 ． 3 变 形计算 由于该栈 桥 悬臂 跨 度 大 ， 为保 证 胶带 运 输机 正 常运行 ， 需严 格控制悬 臂端部 的位 移 。 本设计允许变形值为 L ／ 1 0 0 0 。 变形计算考虑 了如 下几种状态 ①使用 荷载作用下 1 7 6 r mn ； ②张 力 作 用 下 f 2 一2 0 ． 8 ram； ③胶 带 机 检 修 状 态 下 4． 6 4 mm 。 显然 ， 在检修状态下， 其变形值 为最大 f 1 7 ． 6 4 6 4 2 2 2 4 ram， 而小于允许值[ f ] 3 3 1 o 8 ／ 1 0 0 03 3 ． 1 0 8 1 a m。 3 ． 4 重要节 点构造 3 4 ． 1 硐 口基础节点 桁架 尾部 位 于 胶带 机斜 井 出 口处 ， 利 用 此处的 自然地形， 将桁架直接固结在洞 口基 础上， 胶带机传来的水平拉力 ， 在基础顶约为 2 1 0 0 k N。该 节点构造 设计如 附图 4所 示。 图中钢板⑧为一楔形板 ， 需待支座安装完后 ， 楔人图示位 置 ， 并 与基础 予埋板焊 牢。 图 4 节 点 构造 设计 图 3 ． 4 ． 2 斜支 架基 础 节点 斜 掌钢 管与箱形基 础连接构造 见图 5 。 斜支 架与 栈桥 桁 架节 点 胶 带 机 头部 滚 筒及其张力均作用于该节点 ， 作用力大而且 偏心， 使节点受力复杂。为保证其 良好 的运 行状态 ， 该节点在整个桁架节间用钢板加强 为实体。 4 制造与安装 栈桥桁架全部构件在工厂制造 ， 在 现场 将桁架、 支撑、 走道板系统拼接成 整体 ， 而后 整体吊装 ， 同时也保证 了吊装状态下的桁架 的整体性。 安装节点采用高强螺栓连接， 避免 了现 场高空焊接 ， 施工简便 、 速度快 ， 且 易于保证 工 程质 量 。 大跨度悬臂桁架的施工安装是至关重要 的环节 ， 设计过程中在这方面做了大量工作 1 要求桁架的安装顺序必须从低处开 始 ， 向上顺序安装。并且逐段进行调整 ， 防止 误 差积 累 。 2 悬臂部分采用悬拼法安装 。在 没有 安装斜支承的情况下， 桁架悬挑 2 1 m， 设计中 对此施工状态下的桁架进行 了验算 ， 确 保了 施工过程 中结构的安全、 可靠。 3 安装斜支承杆件。吊装前 ， 在斜撑与 桁架连接 点下方 ， 设立一 高度 约 4 0 m 的支 架 ， 然后 吊装 斜撑杆 ， 并按设计 要求将 斜杆下 维普资讯 第 5期 刘散铎 大型胶带运 4 7 支点安装完毕 ， 上端暂时固定在临时支架上 ， 此 时 ， 再顺 序 吊装 头部几榀桁 架 ， 并按设计 要 求与已吊装好的桁架部分、 斜撑部分拼接。 由于设计 中考 虑 了施工 、 吊装 等诸 方 面 因素 ， 使整 个安装 过程 非 常顺 利 ， 一 次 吊装合 拢成 功 。 自 1 9 9 2年初工程投产以来 ， 该栈桥一直 在使用当中。 5结 论 该设计有如下特点 1 由 于 率 设 计 中 胶 带 运 输 机 总 长 1 2 5 5 m， 而驱动装置全部设在头部 ， 其滚筒张 力高达 1 2 0 0 k N， 因此 ， 栈桥悬臂部分桁架 的 设计强度控制是由使用过程中胶带机起动时 的内力值控制 的。 2 由于栈桥的悬臂部分长达 3 6 m． 且悬 臂端部设有 1 0 t 吊车及驱动装置， 因此 ， 需严 格控制其头部结构 的变形值 ， 以确保其正 常 使用。在方案选择上 ， 没有选择 以往 的加腋 式 ， 而选择 了如上所述 的钢管支撑式。宏观 上的悬臂长 3 6 m， 但栈桥桁架悬臂仅为 1 0 m 左右。由于方案的合理选用 ， 在充分利用了 材料的强度的前提下 ， 结构 的变形值大大低 于工艺所 规定 的 L ／ 1 0 0 0 。并且最 大挠度 值 是在检修状态下产生的。 3 以往设计 的栈桥悬臂部分多采用整 体吊装 ， 率设计受诸多因素影响， 采用了悬拼 法。因而在设计中， 需进行施工安装 过程 中 最大悬拼长度的验算 。 4 主要节点 栈桥桁架与支架均为铰接 连接 ， 节点构造简洁 ， 受力明确。而栈桥桁架 所承受 的皮带张力及其它水平力 2 1 0 0 k N 由 栈桥尾部支座承受。率设计利用 自然地形条 件 ， 将其固结在斜井洞13 的基础上 ， 保证了结 构 的安 全 。 上接第 4 3页 依 ， 健康发展的道路。 另外 ， 笔者认 为 ， 还应该加 强从业人员 的 质量j 敖 识。建筑产品应该遵循“ 质” 与“ 价” 即 分离又结合的原则 ， 实行优质优价。建筑产 品实行优质优价具有深远的意义 首先是实 行优质优价可促进建筑企业加强管理 ． 强化 全员质量意识， 充分调动职工学技术、 重质量 的积极性和 自觉性 ． 其 次是可以提高建筑企 业的经济效益 ， 尤其是大 中型企业可以发挥 其力量雄厚、 管理水平高的优势 ， 提高 自身的 市场竞争能力， 调节建筑队伍的结构 ， 通过优 胜劣汰使一部分素质差 的建筑队伍逐步被市 场淘汰， 而素质好 的队伍可以凭借其优势 大 展宏图， 一方面促进我国建筑产品质量上一 个新 台阶 ， 另 一方 面可 充分 发挥 大 中 型 国有 建筑企业主力军的作用 ， 促进支柱产业 的形 成 。 只有这样． 才能逐渐消除建筑行 业中的 不正当竞争现象， 工程造价的控制才 能出成 效 ， 建筑市场才能在公平 、 公正、 平等 的竞争 环境中健康发展 ， 才能消除建筑产品的质量 问题 ， 使建筑业健康发展 ， 真正成为国民经济 发展中的支柱产业 ． 为国民经济发展及城市 建设事业作出更大 的贡献。 维普资讯