模塊式管桁架在輸煤棧橋中的研究與應(yīng)用

楊 小 軍

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

在煤礦、選煤廠、電廠中有大量的棧橋，尤其在選煤廠及化工和電廠的輸煤系統(tǒng)中，棧橋在土建總投資中占的比例較大，為了降低工程造價(jià)，為國家節(jié)能減排，提升設(shè)計(jì)水平、增強(qiáng)專業(yè)技能，在工業(yè)建筑中實(shí)現(xiàn)國家倡導(dǎo)的裝配式綠色施工，我公司研發(fā)了模塊式管桁架棧橋，在輸煤系統(tǒng)首次使用，在中煤平朔電廠輸煤系統(tǒng)中實(shí)施。本文就模塊式管桁架棧橋的結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點(diǎn)形式、項(xiàng)目組裝、拼接等作以介紹。

1 項(xiàng)目背景

管桁架目前在民用建筑市場(chǎng)應(yīng)用較多，在工業(yè)建筑應(yīng)用較少，據(jù)了解管桁架輸煤棧橋在神華國華壽光電廠一期的輸煤系統(tǒng)、山東龍口煤礦、陜北韓家灣煤礦均有應(yīng)用案例，但都沒有采用模塊化設(shè)計(jì)制作模式。管桁架采用傳統(tǒng)桁架受力體系，技術(shù)成熟，桁架主桿件由傳統(tǒng)桁架的角鋼替換為鋼管，適用于各種棧橋?qū)挾群涂缍?，適應(yīng)性更強(qiáng)。

國家在一直倡導(dǎo)裝配式建筑，我公司吸取了裝配式建筑在工廠標(biāo)準(zhǔn)化模塊加工、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的特點(diǎn)，提出了模塊式管桁架棧橋。與傳統(tǒng)角鋼棧橋相比，模塊式管桁架棧橋的用鋼量少、造價(jià)低，可以實(shí)現(xiàn)在工廠模塊化制作，也具有抗腐蝕耐久性好、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、施工速度快等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)采用PMSAP復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件和3D3S鋼結(jié)構(gòu)空間軟件對(duì)模塊式管桁架棧橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，模塊式管桁架棧橋結(jié)構(gòu)方案各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。表1為36 m跨度，3.8 m寬，3.0 m高的管桁架，應(yīng)力比控制在0.8左右的位移指標(biāo)。

表1 36 m跨度，3.8 m寬，3.0 m高棧橋的位移指標(biāo)表 mm

2 項(xiàng)目必要性

項(xiàng)目必要性有三個(gè)方面：

1)為了降低工程造價(jià)，為我公司總承包項(xiàng)目獲得更大利潤。

在大多數(shù)的輸煤系統(tǒng)中棧橋的投資占的比例較大，在平魯輸煤系統(tǒng)中土建工程(概算)總投資為7 602萬元，其中棧橋占6 248萬元，占到整個(gè)土建工程總造價(jià)的82%，棧橋決定著整個(gè)項(xiàng)目的利潤，只有優(yōu)化棧橋才能獲得更大的利潤。

2)為實(shí)現(xiàn)裝配式綠色施工。

裝配式建筑是建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，現(xiàn)在在各行業(yè)中大量的采用，采用工廠模塊化制作，既能提高施工質(zhì)量，又能節(jié)約施工場(chǎng)地；在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，既能減少勞動(dòng)力，又能提高施工速度，實(shí)現(xiàn)綠色施工，提高環(huán)保要求。

3)提升設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)專業(yè)技能。

棧橋在所有領(lǐng)域中，在煤炭系統(tǒng)占的比例最大，且在選煤廠的土建工程量中占的比重比較大，而目前大多數(shù)是沿用傳統(tǒng)的角鋼棧橋，并且采用傳統(tǒng)的二維計(jì)算，要想做到更經(jīng)濟(jì)只有通過三維空間計(jì)算，更接近實(shí)際情況，通過設(shè)計(jì)人不斷的研究學(xué)習(xí)，既提高個(gè)人水平，又能提升單位競爭力。

3 管桁架結(jié)構(gòu)形式

管桁架是由鋼管及型鋼制成的傳統(tǒng)桁架受力體系，技術(shù)成熟。鋼管截面封閉，剪心、形心重合，其對(duì)稱截面形式使得截面慣性矩對(duì)各軸相同，有利于單一構(gòu)件的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。與其他形式的型鋼桁架相比，抗彎剛度、抗扭剛度較大，可提供非常優(yōu)良的受力特性并減輕結(jié)構(gòu)自重，外形美觀。桁架主桿件由傳統(tǒng)桁架的角鋼替換為鋼管，適用于各種棧橋?qū)挾群涂缍?，適應(yīng)性更強(qiáng)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)管桁架棧橋制作安裝方便，利用五維數(shù)控切割機(jī)將桿件端部按節(jié)點(diǎn)相貫線切割下料，可直接連接形成相貫節(jié)點(diǎn)，節(jié)省了節(jié)點(diǎn)板和角鋼組合墊板的材料；并使桿件直接傳力，改善了桁架受力性能，同時(shí)也減少角鋼節(jié)點(diǎn)板焊接不當(dāng)對(duì)桿件造成的損傷。

2)相比其他型鋼而言，管桁架組合模塊式棧橋具有表面平整，無死角等特點(diǎn)；有利于節(jié)省防腐和防火涂料，也便于清理表面污染。鋼管和大氣接觸表面積小，易于防護(hù)，在節(jié)點(diǎn)處沒有積留濕氣及大量灰塵的死角和凹槽，使用期間維護(hù)更為方便。而且管件在全長和端部封閉后，管件內(nèi)部不易生銹。

管桁架的結(jié)構(gòu)形式分為兩種：一種為倒三角形管桁架模型圖(見圖1)；另一種為四邊形管桁架空間圖(見圖2,圖3)。

經(jīng)計(jì)算兩種結(jié)構(gòu)形式的用鋼量基本一樣，倒三角形結(jié)構(gòu)受力好，但是輸煤棧橋跨越場(chǎng)區(qū)公路、鐵路，有時(shí)離地面比較近，無法使用倒三角形空間管桁架，最終選擇四邊形空間管桁架結(jié)構(gòu)形式。

4 節(jié)點(diǎn)連接形式確定

1)主桁架桿件的節(jié)點(diǎn)連接采用相貫焊縫連接，比傳統(tǒng)的角鋼棧橋減少了節(jié)點(diǎn)板，見圖4。

2)桁架下弦橫梁主要是受彎，鋼管的抗彎剛度沒有H型鋼大，所有下弦橫梁均采用H型鋼，連接節(jié)點(diǎn)見圖4。

3)便于施工桁架的拼接節(jié)點(diǎn)均采用法蘭連接見圖5。

5 模塊式管桁架棧橋加工、運(yùn)輸、組裝形式確定

為了縮短施工周期，保證施工質(zhì)量，所有構(gòu)件均在工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作、產(chǎn)品化加工、分批運(yùn)輸，在施工現(xiàn)場(chǎng)采用法蘭拼裝、裝配，實(shí)現(xiàn)綠色施工。主桁架在工廠加工時(shí)分為A,B,C,N個(gè)模塊(模塊長度一般為6 m～12 m)，見圖6。

項(xiàng)目實(shí)施分為以下幾個(gè)步驟：

1)把主管桁架分為A，B，C，N個(gè)模塊在工廠加工制作完成；把下弦水平管桁架、上弦水平管桁架分別分為單桿在工廠加工制作完成。

每個(gè)模塊內(nèi)的所有構(gòu)件均在工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作，桁架桿件是通過空間放樣，五維數(shù)控相貫線切割機(jī)切割，然后通過相關(guān)焊縫連接，施工完后進(jìn)行焊縫檢測(cè)，做防腐防火處理。

2)給每個(gè)加工完后的模塊做安裝標(biāo)注編號(hào)。

3)按順序運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，在運(yùn)輸過程做好保護(hù)措施，避免碰撞變形。

4)按照標(biāo)注編號(hào)把單獨(dú)模塊通過采用法蘭和高強(qiáng)螺栓組裝為一整跨棧橋。

5)在下弦水平管桁架頂部安裝棧橋樓面板和輸煤帶式輸送機(jī)。

6)在主管桁架外側(cè)安裝棧橋外墻板。

7)在上弦水平管桁架頂部安裝屋面板。

8)利用吊車起吊整跨棧橋，安裝就位。

表2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

6 項(xiàng)目實(shí)施效果

效果主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

1)模塊式管桁架棧橋具有表面平整，無死角，積煤塵較少，便于清理表面污染，外表美觀的特點(diǎn)。

2)管桁架在工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作，縮短施工周期，保證施工質(zhì)量，在施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝、裝配，實(shí)現(xiàn)綠色施工。

3)模塊式管桁架經(jīng)濟(jì)，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

7 結(jié)語

經(jīng)計(jì)算分析，模塊式管桁架棧橋結(jié)構(gòu)方案各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，已經(jīng)開始在電力、煤炭行業(yè)輸煤棧橋推廣使用，技術(shù)成熟。它用鋼量省、造價(jià)更低，具有抗腐蝕耐久性好，能滿足不同跨度和寬度的輸煤棧橋，也可以實(shí)現(xiàn)在工廠模塊化制作、現(xiàn)場(chǎng)拼裝方便、施工速度快等特點(diǎn)，吸取了傳統(tǒng)角鋼棧橋和裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。