钢网架在水泥厂输送栈桥上应用,本论文可用于钢网架论文范文参考下载，钢网架相关论文写作参考研究。
钢网架论文参考文献：
摘 要:钢网架结构作为我国工业厂房建筑中常用的杆系空间结构,具有受力合理、节省材料、制作安装计算简便、刚度较强等优点.针对水泥厂的矿石输送栈桥,分析网架所受荷载的具体情况,同钢桁架等多种结构型式进行对比,总结在输送栈桥上使用钢网架结构的优越性.
关键词:钢网架;输送栈桥;钢桁架;应用;设计
网架结构是一种空间杆系铰接结构,一般使用螺旋球结点连接杆件,形成结构稳定、受力均衡的网状结构,包括屋盖、楼盖和两侧竖向网架.网架整体刚度大、抗震性能好,在水泥厂、电厂等工业厂房材料传输栈桥的设计中应用广泛.网架结构代替输送皮带栈桥传统使用的钢桁架结构,能够大量节约栈桥用钢量,使刚度增强、施工简洁、立面丰富,在建筑市场上具有十分广阔的前景.
1 网架矿石输送栈桥的分类
矿石输送栈桥一般包括水平支撑体系和两端门架,形成稳定、抗震的整体空间结构.钢网架栈桥所承受的荷载可以通过铰接结点向各向杆件分别施加,杆件以轴为基点互相支撑,使承重和支撑结合,形成稳定的一体承重体系.栈桥柱按材料有钢柱和钢筋混凝土柱,实践表明,用网架结构代替钢桁架结构更为合理,不仅结构美观,受理科学,而且节能用钢总量,安装简易,具有可观的经济效益.
网架输送栈桥根据受力结构分类,网架输送栈桥还可分为拼接式网架和扭剪型整体网架.拼接式箱形网架结构分为上下两层网架及侧面网架,和箱式整体网架结构相比,抗弯抗扭性和防止侧向移动的性能价差,刚度较小,因此栈桥两端应设置支撑装置.根据跨度结构要求分为双层和三层网架,剖面形态可以选择将网架组成拱形或其他断面形态.按围护结构类型分为封闭网架栈桥、露天网架栈桥两种.封闭网架栈桥又包括箱体网架、楼层平板网架加轻钢拱顶,经常应用于封闭的矿石输送栈桥.其中整体式箱形网架结构刚度较好,性能优秀.露天输送栈桥平台由于没有侧面封挡,因此一般采用单层平板网架.
2 网架输送皮带栈桥的设计
建构水泥厂的矿石输送皮带栈桥,首先根据工厂栈桥设计的跨度、构造、剖面、净空、平面尺寸等要求,以及风载等外部实际参数,选择栈桥的网架造型,如考虑采用封闭围护的箱形整体网架栈桥.
设计第二步,应根据栈桥工程的荷载条件、运行要求及建筑格式配合,在用钢量尽量小的前提下,对网架格数、栈桥高度、上下层网架厚度等参数,计算出最优化的结构造型.以多种结构形式的钢网架栈桥的设计计算作为参照,主要按照以下程序进行:
2.1 选择计算模型
以箱式网架栈桥为例,设计模型分为双层网架承力栈桥和箱体网架承力栈桥.前者为两层协调受力的平面栈桥,网架分为楼层、屋面两部分,外挂式墙架护于两侧.这种网架的设计可采用较为简单的计算形式,将楼层网架和屋面网架看做独立的两片平板网架,并将外侧的外挂式墙架看成简易拉杆,使两侧变形一致;后者一般为封闭的整体箱式网架结构,由楼层网架、屋面网架和两侧面网架组成封闭整体,整体刚度较好,控制变形能力较强.根据实际应用需要,可将结构造型设计为拱形等横剖面,将侧面和屋面网架和楼层网架形成箱式整体.
2.2 网架结构形式
根据实际使用要求,水泥厂输送栈桥一般采用双层网格,宽度6到9米.楼面网架细节施工可选用钢筋混凝土现浇板,在网架支托上进行铺设,或者将预制小肋板制成和网格相当的尺寸,直接覆盖在网架支托上,上面再铺设一层厚度为4cm左右的钢丝网细沙混凝土刚性面板.屋面和侧面的网架一般暴露在外,内部使用压型钢板封底,减少围护面积.
2.3 设计载荷分析
在结构的分析过程中,主要应考虑静载、活载和风载等各种作用下的最不利工况组合.如箱式网架输送栈桥所受荷载包括楼层的恒载和活载,屋面的恒载和活载,侧面恒载,侧面、楼层或屋面工艺电缆、管道吊重,栈桥上下左右四面风载,雪载、温差、地震、其他荷载等.其中恒载部分应在计算中折减,其余数据同时输入.另外还要考虑在矿石传输过程中煤炭皮带机和焦炭皮带机不对称荷载造成的扭矩对结构的影响,施工过程中预应力施加出现反拱的可能、由于大跨度传输而使矿石输送过程中产生的向心力的影响等.
在载荷的分析过程中,施工安装时大件的运输、起吊等临时荷载以及设备非正常运行的活荷载一般不予考虑,无需将其加入荷载组合和整体分析,只需必要时对个别构件进行承载力验算.但在单个构件和连接机构设计时,以上作用可以归为可变荷载,和其他荷载组成最不利效应,组合系数为1.0,安全等级不降低.
计算程序为确定输送栈桥网架的设计计算模型,建立和之对应的空间网架结构形式,分析计算施工和使用阶段各种情况,尤其是箱体网架输送栈桥吊装时,屋面及楼层网架分片受力的刚度和强度验证计算.
2.4 杆件节点设计
设计杆件截面的尺寸计算中,要考虑到其自身材料的强度和结构的稳定性.再分杆或支撑杆的增加有助于减小压杆长度,提高可靠性.网架结构的节点设计形式包括十字板、焊接空心球及螺栓球这三种.其中,十字板节点适用于型钢杆系结构,焊接或高强螺栓用于杆件连接节点板,钢管杆件的网架采用空心球或螺栓球节点.
根据设计计算,整个输送网架栈桥的支座节点中一般宜将橡胶支座节点和其他平板支座节点结合使用,以适应水平变位结构,保证结构稳定性.和其他类型的支座相比,橡胶支座的优点是可以减少温度应力,减轻地震影响,改善下部支承结构的受力状况,并且构造简单、安装方便、节省钢材、造价较低.橡胶支座节点应视输送栈桥网架布置情况、下部支承刚度、抗震要求、地质条件等综合分析加以设置.
2.5 各种结构设计特点
2.5.1 箱体网架承力栈桥从受力上看呈箱形截面梁受力状况,由于楼面、屋面及侧面形成整体空间网架体系,受压杆件绝大部分出现在屋面网架构件中,最大受压杆件分布在屋面网架的上弦层;受拉杆件绝大部分出现在楼面网架构件中,最大受拉杆件分布在楼面网架的下弦层;侧网架的内弦层杆件出现类似桁架杆件内力分布的状况.从变形上看,由于整体空间网架体系的形成,空间刚度大,变形很小,变形已为非控制条件.箱体网架栈桥在设计上要力求网格尺寸统一,加工简化,楼面板减少;栈桥柱需提供栈桥网架两端双层支座,因此要伸到屋面;结点处采用焊接球或螺栓球铰接;根据施工阶段各种安装方式对杆件进行验算,尤其应注意在施工和使用工况下可能变形的杆件设计.
2.5.2 双层网架承力传输栈桥中,楼面和屋面网架的拉压杆件分布和变形状况可参照普通平板网架进行设计分析.但楼、屋面为两片协调变形的平板网架,由于侧向墙架的拉杆作用,改善了楼、屋面竖向荷载级差大带来的楼、屋面网架构件断面悬殊的状况.
2.5.3 楼层平板网架加轻钢拱顶栈桥的的矿石输送栈桥中,其平板网架和普通平板网架一致,但需考虑轻钢拱顶在风和地震作用下对平板网架产生的扭转作用.这种栈桥的楼、屋面荷载均由楼层网架承受.网架变形大,偏于不经济,可考虑将皮带架融于楼层网架一体形成局部复层网架,以增强网架刚度.
2.5.4 露天网架栈桥采用单层平板网架作为受力骨架,工艺皮带架直接安装于网架支托之上,在皮带两侧网架支托上铺花纹钢板或钢格栅形成走道.可参照楼层平板网架加轻钢拱顶的矿石输送栈桥进行设计分析.
3 网架矿石输送栈桥经济性能
输送栈桥所用的材料包含楼屋面梁、楼屋面板、主骨架用钢这三方面.
根据实际工程中对钢桁架栈桥和箱体网架栈桥用钢量的统计比较可知,箱体网架矿石输送栈桥的主受力网架体系和钢桁架矿石输送栈桥的主受力桁架体系相比,可节省约20%的钢材.由于钢桁架矿石输送栈桥楼面梁一般跨度较大,并且双向受力,用钢占栈桥总用钢量的比率较大,而箱体网架矿石输送栈桥不需楼面梁,仅此项就可节省用钢35%.箱体网架栈桥预制小肋板和钢桁架栈桥预制小槽板的折算厚度及配筋相仿,这样,用网架栈桥完全节省了楼面梁,屋面钢梁跨度由6~9米减至2.5米左右,屋面钢梁及檩条可节省50%.
由于网架结构的栈桥自重减轻,整体刚度加大,即使钢材的单位造价高,其综合造价还不到钢桁架的80%,在成本降低、资源节约方面体现了显著的优越性.
4 网架栈桥的安装及运行问题
网架输送栈桥的安装有高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法.由于水泥厂的矿石输送栈桥路线较长,跨度较高,一般不推荐采用前三种安装办法.
在上文中的设计计算模型中,都是将网架结构用于静力结构工程加以分析,而在矿石输送栈桥这样的直接承受皮带震动荷重的结构应用中,对于皮带运行和网架结构是否稳定等问题也是需要设计人员考虑的问题.要根据皮带运行速率、托滚速度、振动周期结合网架结构自振频率进行计算,避免共振的发生.
钢网架结构较钢桁架结构在运行维护中也有许多优势,如采用焊接网架可以使栈桥的整个桥体没有死角,防腐难度降低,采用钢格栅板桥面自由散水,避免了以往栈桥根部排水困难的问题,这些均大大降低了运行维护的费用.
通过以上设计模型、经济效益、安装运行等方面的分析比较可以得出,水泥厂的矿石输送栈桥建筑中采用钢网架结构,能够节省建筑材料,从而减轻自重,并降低建设成本和基础费用,增强栈桥整体抗震性,改善加工和吊装条件,施工简易,缩短工期.此方案是合理经济、技术科学的,其应用领域也必将由此拓宽到更多建筑工程之中.
参考文献
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作者简介:陆家骐,男,(1964-),高级工程师.研究方向:教授级高级工程师.
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