帶式輸送機(jī)鋼結(jié)構(gòu)桁架靜力分析研究

路軍　胡威

【摘 要】本文介紹了帶式輸送機(jī)鋼結(jié)構(gòu)桁架的設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了其特點(diǎn)，并利用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析。還列舉了工程中的項(xiàng)目實(shí)例。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】桁架；結(jié)構(gòu)力學(xué)；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；靜力分析

0.引言

帶式輸送機(jī)在散狀物料運(yùn)輸中應(yīng)用普遍，桁架作為帶式輸送機(jī)的支撐鋼結(jié)構(gòu)，可以跨越道路、河流、山坡、凹地等地形和路況。為帶式輸送機(jī)的架設(shè)，提供了便利的條件，從而減少了地平標(biāo)高對(duì)帶式輸送機(jī)沿線的影響。由于系統(tǒng)的要求和工藝設(shè)備的改進(jìn)，鋼結(jié)構(gòu)桁架正朝著大跨度，、輕量化方向發(fā)展。

1.計(jì)算依據(jù)及氣候條件

1.1計(jì)算依據(jù)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）

建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）

建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）

1.2氣候條件

（1）溫度多年最高溫度42°C，多年最低溫度8.1°C。

（2）風(fēng)速盛行風(fēng)風(fēng)速3.6kmh（最大），最大風(fēng)速39ms。

（3）降水年平均降水2177毫米，最大降雨強(qiáng)度900mm/天，正常降雨期6月至9月。

2.桁架結(jié)構(gòu)與力學(xué)模型

桁架一般由上下弦桿，位于兩榀的腹桿、斜支撐，上下平面橫連、斜支撐以及屋蓋結(jié)構(gòu)、外裝組成。桁架還要為電纜橋架和輔助專業(yè)管線的鋪設(shè)提供合理的空間和托架。常用桁架跨度為12m～13m。

上下弦桿一般采用焊接H型鋼，應(yīng)沿著弦桿全長(zhǎng)于腹桿中心線處設(shè)置加勁肋。端豎桿一般采用寬翼緣焊接H型鋼，并使截面強(qiáng)軸平行桁架跨度方向。斜支撐采用兩個(gè)熱軋等邊角鋼組合截面十字形連接，并通過(guò)連接板與上下弦桿、橫連、腹桿相連的形式。

計(jì)算載荷及工況組合。

計(jì)算載荷種類：

（1）結(jié)構(gòu)自重：轉(zhuǎn)運(yùn)站鋼結(jié)構(gòu)重量。

（2）部件重量：轉(zhuǎn)運(yùn)站上所安裝的膠帶機(jī)的部件重量。

（3）物料載荷。

（4）設(shè)備重量。

（5）皮帶機(jī)輸送帶的張力。

（6）廊道作用力：轉(zhuǎn)運(yùn)站支撐的廊道作用力。

（7）風(fēng)載。

（8）地震載荷。

（9）堵料荷載。

（10）活荷載：考慮轉(zhuǎn)運(yùn)站上。

載荷組合：按七種工況組合。

計(jì)算用載荷種類：

DL——恒荷載，LD——活荷載，WL——風(fēng)荷載，TL——溫度荷載，SL——地震作用

載荷組合：

相關(guān)數(shù)據(jù)。

風(fēng)載：盛行風(fēng)風(fēng)速3.6kmh（最大），設(shè)計(jì)風(fēng)速39mS

地震載荷：地震烈度7度，場(chǎng)地類別Ⅰ類，特征周期0.30S。

溫度荷載：最高溫度42度，最低溫度8度，整個(gè)結(jié)構(gòu)的溫度分布均勻的。

材料線膨脹系數(shù)為β=1.2×10。

材料特性：

桁架結(jié)構(gòu)采用Q235B，彈性模量E為210Gpa，泊松系數(shù)為0.3，密度均為7.85×10kg

m。這兩種鋼材的屈服應(yīng)力及破壞應(yīng)力σb如表1所示。

表1 鋼材的力學(xué)特性

設(shè)計(jì)指標(biāo)：Q235鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f=215N

mm ，構(gòu)件變形許用值：1/600。

3.結(jié)構(gòu)計(jì)算力學(xué)模型

結(jié)構(gòu)類型：空間桁架。桁架鋼結(jié)構(gòu)是由多種型鋼桿件和鋼板組合成的空間結(jié)構(gòu)，受有三維方向的力和彎矩作用，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況， 計(jì)算時(shí)各桿件均等效為三維彈性梁?jiǎn)卧?。桁架鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)下弦桿兩端用螺栓與支撐聯(lián)接，有限元分析時(shí)將與支撐聯(lián)接點(diǎn)約束，一側(cè)約束X、Y、Z三個(gè)方向的線位移，另一側(cè)約束Y、Z二個(gè)方向的線位移。圖2是桁架計(jì)算模型圖。

桁架自重加載由程序完成。

膠帶，上、下托輥，中間架重量均布在桁架下平面上。

電纜槽架重量作用在腹桿上。

屋頂外裝，側(cè)面外裝均布在桁架上平面。

3.2可變荷載

承載段=（物料質(zhì)量+膠帶質(zhì)量+上托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量）g×0.022=（300+90+30.21）×g×0.022=92m

回程段=（膠帶質(zhì)量+下托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量）×g×0.022=（90+13.1）×g×0.022=23NM

總計(jì)運(yùn)行阻力（92-23）×30=2070N均布在托輥支撐點(diǎn)。

3.3風(fēng)荷載

4.計(jì)算結(jié)果分析

4.1強(qiáng)度

通過(guò)ANSYS分析，得出了桁架結(jié)構(gòu)各種荷載組合的全部構(gòu)件截面特性、內(nèi)力、強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力和構(gòu)件穩(wěn)定性校核應(yīng)力。全部構(gòu)件工作應(yīng)力均小于設(shè)計(jì)值。

4.2剛度

桁架垂直方向最大變形27mm，水平方向最大變形18mm，結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。圖3是桁架垂直方向變形圖，圖4是桁架水平方向變形圖。

5.工程實(shí)例

M7C-A/B帶式輸送機(jī)全長(zhǎng)2.56公里，雙路并行，沿線布置了40個(gè)鋼結(jié)構(gòu)桁架，上翻形式，共計(jì)6種長(zhǎng)度。通過(guò)ANSYS分析，合理選擇截面型材，優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低成本。

6.結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)桁架的設(shè)計(jì)即要考慮安全可靠性，又要有經(jīng)濟(jì)性、合理性。因此要求桁架具有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性?？紤]到鐵路公路運(yùn)輸?shù)慕缦抟螅瑢㈣旒苊块侄卧O(shè)計(jì)制作，分片運(yùn)輸，上下平面現(xiàn)場(chǎng)栓接的形式，盡量減小運(yùn)輸途中的變形量。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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[3]付正耀，羅福盛.膠帶機(jī)通廊系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].鋼鐵技術(shù)，2008.