55米超大跨度輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)選型
摘要：山東菏澤發(fā)電廠三期工程煤場與主廠區(qū)被一條市政主干道隔開，市規(guī)劃部門不允許在道路中間增設(shè)支柱，使該棧橋跨度達(dá)到55米。這大大超過常規(guī)棧橋跨度，在國內(nèi)火力發(fā)電廠也較為少見。該工程棧橋綜合運用了橡膠隔振措施、桁架平面外垂直支撐和門式剛架等設(shè)計方法，較有效地解決了在超長棧橋設(shè)計中遇到的問題。本文將介紹該超長輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)選型，為以后的超長棧橋設(shè)計提供借鑒。
關(guān)鍵詞：輸煤棧橋，超長，橫向支撐
1．超大跨度輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)簡介
火力發(fā)電廠地上輸煤棧橋跨間承重結(jié)構(gòu)形式是按照不同的跨度和高度進(jìn)行劃分設(shè)計，由《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》可知，地上輸煤棧橋結(jié)構(gòu)一般分為三種：磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼桁架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)棧橋一般用于大跨度、橋面結(jié)構(gòu)較高，跨度一般18m～30m。當(dāng)棧橋面離地面較高時，也可考慮采用鋼結(jié)構(gòu)桁架和鋼柱組成的縱向排架結(jié)構(gòu)形式。
本文介紹的工程地震基本烈度7度（0.15g），建筑場地為Ⅲ類。跨路的1號輸煤棧橋，橋面距地面的高度為13.5m，棧橋跨度中心線長度為55.0m，該棧橋結(jié)構(gòu)采用鋼桁架和現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱組成的縱向排架結(jié)構(gòu)體系。由于棧橋高度較高較高（h=6.6m），為減少結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積，減少建筑的維護面積，同時為節(jié)約結(jié)構(gòu)的投資成本，在滿足建筑使用要求的前提下，在桁架內(nèi)部將封閉棧橋設(shè)計成門形剛架形式，主桁架外露。
2.超大跨度輸煤棧橋高度和起拱值的確定
本工程鋼結(jié)構(gòu)桁架高度的確定需要考慮兩方面內(nèi)容：
一是工藝專業(yè)對結(jié)構(gòu)凈高的要求：棧橋凈高要求為2.5m，中間布置有鏈碼檢驗裝置，棧橋凈高要求為3.5m。二是為滿足高跨比而需要的結(jié)構(gòu)高度：參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》有關(guān)規(guī)定：梯形鋼屋架的跨度一般為L=15-36m，柱距為6-12m，跨中經(jīng)濟高度為h=（1/8-1/10）L。
本工程橋面跨度L=55.0m，棧橋面總寬度為12.3m，按柱距為6.15m考慮。棧橋高度取h=6.6m，其跨高比L/H=8.33，因橋面跨度較大，按經(jīng)濟高度的上限值考慮。
為改善人們的感觀，不使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的撓度，因此《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》規(guī)定：當(dāng)梯形鋼屋架的跨度L≥24m時，當(dāng)屋架下弦無曲折時，宜起拱，拱度為υ=L/500。本工程跨度L=55.0m，應(yīng)按照理論計算結(jié)果為[υ]=L/500=110mm。根據(jù)計算結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的跨中撓度υ（靜載標(biāo)準(zhǔn)值+活載標(biāo)準(zhǔn)值）=90.0mm，小于理論起拱高度，因此在施工圖中以υ=80mm為最大起拱高度。
3．輸煤棧橋的結(jié)構(gòu)型式和支座
該跨路鋼桁架式棧橋，其結(jié)構(gòu)型式為：平行弦式桁架下?lián)问浇Y(jié)構(gòu)。是由承重桁架、上弦水平支撐和上弦橫梁（支撐）、端框架、下弦剛性樓板及棧橋底部支架等組成。因棧橋面跨路，而且跨度較大，為減少桁架外部環(huán)境的振動對其產(chǎn)生影響，在桁架支座處設(shè)置了橡膠隔振支座。輸煤棧橋鋼桁架的上下弦和腹桿均采用熱軋H型鋼，鋼材采用Q345-B級鋼。棧橋的腹桿和上下弦之間均采用剛接節(jié)點。
菏澤地區(qū)冬季最冷月平均溫度為-10OC，夏季最熱月平均溫度為30OC，棧橋安裝月平均溫度為10OC，鋼結(jié)構(gòu)棧橋為露天布置，則結(jié)構(gòu)所承受的最大溫差為ΔT=20OC。
桁架最大水平位移：ΔL=αΔTL=1.2X10-5X20X55000=13.2mm
桁架最大水平軸力：上弦桿H600X450X18X28，A=34992mm2，
下弦桿H450X450X18X32，A=35748mm2，∑A=70740mm2
N=ΔLEA/L=13.2X2.06X105X70740/55000=3497KN
支架柱應(yīng)力驗算：支架高度h=0.895mm，M=Nh=3130KN•m
Wx=（4504-432X3863）/（12X225）=5.986X103 mm3
σx=M/γxwxx=3130X106/（1.05X5.986106）=498N/mm2>f=295N/mm2
由此可知，棧橋支座采用固定鉸支座時，不能滿足結(jié)構(gòu)受力和變形的要求。
本工程采用板式橡膠支座，橡膠支座的容許平均壓應(yīng)力[δ]≥10MPa，容許抗剪彈性模量≥1Mpa，容許轉(zhuǎn)角的正切值為1/500，橡膠支座的高度為h=78mm。依據(jù)《火力發(fā)電廠輔助機器基礎(chǔ)隔振設(shè)計規(guī)程》規(guī)定：
矩形橡膠隔振器的剪切剛度：K=Gab/h=1.0X106X550X550/78=3.878X106KN
橡膠支座所承受水平極限承載力N=Ku=3.878X106X78/500=605X103KN
遠(yuǎn)大于棧橋所承受的水平荷載。橡膠支座在縱向采用橢圓形孔，以方便棧橋自由伸縮；在橫向采用兩側(cè)鋼板固定。具體見下圖所示�！�
4.棧橋橫向支撐結(jié)構(gòu)
桁架支撐是用來承受桁架側(cè)面的水平橫向風(fēng)載和其它水平橫向荷載，并將這些荷載傳至支座，并保持桁架的空間穩(wěn)定及空間剛度，同時決定了弦桿的平面外計算長度。依據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》規(guī)定：當(dāng)棧橋為桁架時，應(yīng)在兩端設(shè)門形剛架。桁架的上弦和下弦處宜設(shè)置通長水平交叉支撐。橋面板為整體現(xiàn)澆板，因此可以不設(shè)水平支撐。桁架屋面結(jié)構(gòu)的水平支撐按照拉桿長細(xì)比限制構(gòu)造設(shè)置。
本工程棧橋高度較高（h=6.6m），為增強桁架的平面外剛度，減少桁架柱的平面外計算高度系數(shù)。因此在棧橋桁架上弦的每一節(jié)間處采取加強措施。
5、結(jié)束語
菏澤電廠三期工程于2006年5月已并網(wǎng)發(fā)電，1號超長跨度棧橋運行良好。現(xiàn)在老電廠改造、擴建項目逐漸增多。輸煤棧橋布置與市政規(guī)劃道路跨越問題將越來越多，超大跨度棧橋也會遇到。通過對菏澤電廠三期工程55米超長跨度棧橋結(jié)構(gòu)選型實踐的闡述，希望對以后同類棧橋的設(shè)計能起到借鑒作用。
6、參考文獻(xiàn)
1、《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL5022-93）。水利電力出版社，1993。
2、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）。中國建筑工業(yè)出版社，2003。
3、《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50191-93）。中國計劃出版社，1993。
4、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（上冊，第三版）。中國建筑工業(yè)出版社，2004。
5、《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T4-2004)。中國交通出版社，2004。
6、《火力發(fā)電廠輔助機器基礎(chǔ)隔振設(shè)計規(guī)程》(DL/T5188-2004)。中國電力出版社，2004�！ �
