大跨度钢栈桥结构在采煤现场的设计应用.pdf

_____________市政交通水利工程设计 Municipal Traffic Waler Resources Engineering Design 大跨度钢栈桥结构在采煤现场的设计应用 Desig n an d Applicat io n o f Lo n g Span St eel Trest le St ruct ure in Co al Min in g Sit e 郭涛 中煤西安设计工程有限责任公司，西安710054 GUO Tao Ch in a Co al Xi an Desig n En g in eerin g Co . Lt d ., Xian 710054, Ch in a 【摘 要】输煤栈桥一般设计跨度约为30m,但有时考虑场地等因素的影响，钢栈桥的跨度会比较大，这种大跨度的钢栈桥的实际 设计和施工给设计人员提出了更高的要求。论文通过工程设计实例论述了煤矿开采现场大跨度钢栈桥的设计。 [Abstract ] Gen erally, t h e d esig n span o f co al t rest le is abo ut 30m, but so met imes t h e span o f st eel t rest le is relat ively larg e co n sid erin g t h e in f luen ce o f sit e an d o t h er f act o rs. Th e act ual d esig n an d co n st ruct io n o f t h is kin d o f lo n g span st eel t rest le put f o rward h ig h er requiremen t s f o r d esig n ers. Th e paper d iscusses t h e d esig n o f lo n g span st eel t rest le in co al min e min in g sit e t h ro ug h en g in eerin g d esig n ex amples. 【关键词】大跨度;钢栈桥;煤矿;应用分析 [Keywords ] lo n g -span ; st eel t rest le; co al min e; applicat io n an alysis 【中图分类号】U44钢支架可采用框架结构或格构柱结构。 3钢桁架栈桥的设计 3.1工程概况 本工程是某煤矿筛分车间至L转载站的输煤栈桥，受当 地地形限制,需要跨过当地村民祖坟,栈桥必须设计为大跨度 才可满足实际的建设要求。因此,设计过程中将此跨定为51m 的钢桁架栈桥。 3. 2桁架结构体系的合理布置 首先,为了保证栈桥在实际工作中的整体稳定，桁架的高 跨比一般取1/8-1/12,就本工程而言,因跨度大,按此高跨比取 值,桁架的高度在4.36.4m,如此取值高度过大，所以,设计时 考虑采用在桁架跨中下弦杆拉应力产生较大的区域设置下拉 杆,以减弱作用在桁架上的荷载对桁架杆件产生的内力。在设 置下弦拉杆后，主桁架及下弦拉杆的高度均取3.3m;在宽跨比 方面,大跨度桁架栈桥也应具有足够的侧向刚度,以保证在横 向风荷载的作用下,不会在横向产生过大的变形，因此，宽跨比 也有限值,一般情况下宽跨比在1/10-1/12,本工程宽4.4m 桁架由于跨度大，工作中杆件会产生较大的内应力，因 此，上下弦杆及下弦拉杆均采用国标HW250mmx 250mm型 钢，腹杆采用常用的双L角钢布置。桁架的上下弦水平支撑因 需要起到承担栈桥受到的横向风荷载及提高桁架平面外刚度 101 工程建设与设计 Construction Des初 Abr/Vq/ec； ； 的考虑，故通常采用单角钢X交叉布置。桁架两端门架采用H 型钢作为门架柱和门架梁。桁架最终布置如图1所示。 3.3.1钢支架 首先，作为钢桁架的支撑结构，考虑到桁架传至支架顶端 横向风荷载的影响，钢支架在设计时需考虑宽高比的要求，一 般情况支架的宽高比不宜大于16。其次，钢支架在现场场地 条件满足的情况下，可选择采用四柱框架结构形式。此形式在 纵向和横向刚度都能得到良好的保逍I若条件不允许，亦可 采用格构柱的形式进行设计。 3.3.2钢支架基础 设计钢支架基础时，应考虑抗倾覆和抗滑移设计。进行地 基承载力计算的同时，还要考虑地基变形的验算。当基础采用 桩基时，钢支架传至基础的水平力和弯矩均较常规构筑物要 大些，所以，在设计过程中，桩基在满足单桩竖向承载力的同 时,还要满足单桩水平承载力和抗拔承载力的要求。 3.4钢桁架设计的要点 3.4.1钢桁架杆件 钢桁架从力学特点方面来说就是格构梁，桁架的各个杆 件之间通过枝接连接形成稳定的静定结构。各个杆件在理想 状态下仅受沿杆件轴向的拉应力。 在钢桁架设计过程中，杆件首先需要满足稳定设计的构 造要求，其中最主要的指标就是长细比的满足。GB 50205- 钢结构工程质量验收规范中7.4节有过规定,受压构件的长 细比允许限值为1/150,受拉构件的长细比允许限值为l/300o 设计桁架时，选择满足长细比要求的杆件进行建模布置叫 在常规跨度的桁架设计中，杆件的强度计算应力比通常 控制在0.9以下，但大跨度栈桥由于跨度大，在实际工作中会 因温差的原因产生较大的温度应力，横向风荷载、水平支撑对 桁架产生的支撑反力也较大。因此,在设计大跨度栈桥时,杆 件的强度计算应力比应控制在0.8或0.85以下较为安全。 3.4.2支座设计 钢桁架受地震力、温度应力或其他荷载的作用，会在桁架 102 两侧产生纵向水平位移变形，故而在桁架设计时，会在钢桁架 两侧设置支座（高端为滑动支座释放变形位移，低端为枝支 座）,整个钢桁架形成简支静定结构。 较支座一般满足压应力的设计要求即可；滑动支座在满 足压应力要求的前提下，应注意滑动行程间距。可根据当地温 差和钢材线膨胀系数确定滑动的行程间距。 3.4.3局部细节设计 大跨度桁架由于跨度大，设置在桁架两端的门架对桁架 跨中的横向扭转的约束会随着跨度越大而变得越弱。为了保 证大跨度桁架跨中不会产生大幅度扭转变形，要提高整个栈 桥在横断面上刚度。通常可采用在桁架直腹杆和上弦横梁夹 角处设置隅撑，使局部形成稳定的三角形稳定节点，从而提高 桁架在横断面方向的刚度,减弱扭断变形对桁架的影响。 大跨度的桁架在设计时，由于桁架高度较常规桁架要高， 在设计时，为了各个杆件能更好地发挥各自性能，桁架直腹杆 和斜腹杆、上下弦杆和斜腹杆的夹角取40。50。为宜,并在满 足夹角的前提下，节点间隔划分尽量取偶数，也有利于整体桁 架的内力分布叫下弦杆与下弦横梁的连接通常采用的是螺栓 连接.为了桁架轻量化，桁架选取的杆件翼板较薄,而下弦杆 与下弦横梁连接处会受到栈桥走道板传来的比较大的集中荷 载.为了保证下弦杆和下弦横梁的局部刚度，下弦杆和下弦横 梁都需要加设力口劲板以加强局部刚度。 4结语 随着煤矿建设规模的不断扩大,开采产能的不断提高,对 地面生产工艺的要求不断革新，促使地面构筑物的设计难度 也不断变大。大跨度的皮带走廊应用也越来越频繁，本文通过 对大跨度桁架在合理布置、支架基础、钢桁架杆件、支座及局 部细节等几个方面进行论述探讨，简单说明了栈桥设计应用 的需要考虑的内容。后续，在设计工作中笔者还将不断总结完 善大跨度栈桥的设计要点。d i 【参考文献】 [1]GB 500172017钢结构设计标准[S]. 【2】钢结构设计手册编委会.钢结构设计手册第四版[K].北京中国 建筑工业出版社,201 [31GB 502052001钢结构工程质量验收规范[S]. ⑷李远我谈钢结构建筑在煤矿建筑设计中的应用[C]//山东省煤炭学 会.2006年年会论文集.济南山东省煤炭学会,2006. 【收稿日期）2020-03-27