摘要：输煤栈桥主要煤矿运输等厂房和筒仓建筑物的连接通廊，对整个生产过程至关重要。由于洗煤过程中对钢桁架杆件和节点的腐蚀，使得钢桁架的杆件节点承载力大大下降，甚至威胁到矿区的生产安全，因此对钢桁架输煤栈桥结构加固尤为重要。基于此结合实际，从钢栈桥结构设计选型出发，提出钢桁架加固方案，并对钢桁架加固方案进行计算分析，目的在于提高输煤栈桥设计水平，促进企业的持续发展。
关键词：钢桁架栈桥；MIDASGEN；加固方法
引言
栈桥是煤矿矿井及选煤厂生产系统的关键结构部分，在运转时主要是利用皮带将井下煤或者外来煤输送到筛分车间、主厂房、筒仓等建筑物。运煤栈桥系统根据其承载性能的不同可以分为钢筋混凝土、钢结构以及砌体等结构形式，这些方式中的钢结构可以达到外部美观性的要求，施工具备较强的方便快捷性，更为关键的是具备较强的抗震性，所以称为了当前煤炭系统中使用的主要方式。
1钢栈桥结构选型
（1）栈桥桁架选型。通常情况下，针对大型跨度的运煤栈桥，它的组成结构包含了H型钢、角钢以及钢管等配件组成。其中的全拉式桁架中的较长斜腹杆即为拉杆，较短的腹杆则主要是承载结构，经济效果非常高。此外钢桁架下弦处设置了拉索的形式，在结构中施以预应力能够实现中心下降平移，在受到外部载荷的影响之后上弦杆受拉，这就具备了较高的承载性能，即满足桁架受力体系，同时又满足矿井运煤工作的需要。根据实际调查可以发现，H型钢是使用频率最高的一种结构形式，该结构形式的主要优势在于如下几点：（a）.H型钢两个方向中的惯性矩是一致的，可以使得内部的结构体系更加的稳定，结构性能比较强。（b）.H型钢弦杆与桥面在同一平面中，栈桥结构中的两侧钢桁架在空间位置上以及桥面水平横向中刚度比较强，可以全面的提升结构的抗震性能。（c）.屋面横梁支撑点设置在弦杆的内部位置上，要确保施工的节点位置与设计方案的一致性，同时还应该保证栈桥空间计算的准确性。H型钢栈桥钢桁架中的受压腹杆与上下弦节点处的连接是刚性的，各个连接位置具备较高的稳定性。在计算角钢桁架的时候，采用的方式主要是根据静定结构实施计算的，在计算环节，可以忽略节点刚性产生的次弯矩问题，同时，在计算时，还需要掌握大跨度钢桁架弦杆和腹杆截面刚度产生的偏差，如果存在的偏差较大，就会导致节点次弯矩方面的影响。不管是选择哪一种桁架形式都应该保证其满足如下的几个方面：（a）.节间要保证为等距，节间数为偶数。如果无法满足该要求，就应该在中间位置上设置交叉腹杆。（b）.其高度通常按照设定的要求，需要设置为1/8～1/10。但是，在设定高度的同时，还需要全面考虑到净空高度尺寸。（c）.在设置桁架节间长度时，需要对楼板部分高度进行考虑，以保证它满足设计要求。
（2）桁架支撑体系。桁架的上下弦支撑结构部分的主要作用就是能够承载水平载荷，同时将这些载荷传递到支座结构中，此时可以使得结构刚性的增加，还能够适当的改变平面计算长度。一般情况下，在支撑设置时，其位置都是在上下弦位置上设置，而针对组合楼板来说，由于该结构自身具备结构功能，可以不采用支撑方式；而针对预制楼板设置时，需要按照实际的情况做好纵向水平的支撑，同时，还需要对交叉腹杆进行设置，保证它和结构之间存在的角度达到40°～50°。在桁架支撑体系构建的阶段中，在进行钢屋架计算时，需要对上弦杆尺寸进行掌握，同时对屋面板的尺寸进行控制，保障两者的数据一致，通常情况下，大跨度栈桥的支撑方式都是选择轻型封闭的形式进行的。在有檩结构组成中，钢桁架平面外上下弦尺寸通过在横向支撑点之间的距离计算确定的，保证檩条与水平结构部件的交叉位置连接牢固。栈桥横向宽度比较大的情况下，可以选择第二种形式来作为支撑结构的角度。弦杆、横梁以及水平斜杆等部件所构成的结构体系中，横梁是非常关键的，其要达到刚性要求。水平支撑的交叉位置上可以对横梁要起到一定的支撑效果，横梁长度可以减半，这样就能可以弥补因为结构特点而造成的强度减弱的情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆比如，宽度尺寸为9m的栈桥结构形式，并不存在侧向支撑的横梁结构，即使选择使用型号最大的型钢Ⅰ63c，其长系比λy=281．5＞200，这就很难满足工程标准，在设计时，如采用横梁结构和支撑交叉连接，能够有效的提高其支撑强度。
2钢桁架加固方案
钢桁架结构加固的方法有很多，目前较常用的加固方法有：改变钢桁架支承、替换局部构件、增加构件、增加压杆附加支撑、引入体外预应力等。这些方法在工程当中都得到多次具体的应用，具有较好的应用效果。通过对现场调查分析调研，发现该工程的钢桁架结构存在的主要缺陷是：实际刚度与结构计算刚度之间的不一致导致实际结构的变形过大。综合考虑施工场地、构件损伤情况、经济安全性等方面，本工程拟通过以下方法对结构进行加固：（1）改变钢桁架支承：为增加结构整体的刚度，对上部拱架与下部钢桁架之间的连接进行加固，改为刚性连接；（2）增加构件：由于下部钢桁架是结构的主承载结构，且钢桁架周围施工难度大，因此不宜对下部钢桁架进行焊接作业，而上部拱架由于施工便利，可通过增加上部拱架的斜支撑来加强结构刚度；（3）引入体外预应力：预应力加固法能够有效增加结构刚度，改善了原结构的变形能力；通过对原结构施加预应力，可以直接调节原结构主要构件内力峰值，改善原结构的受力性能；同时该方法布置灵活，适应性强；施工简单快捷。
3加固方案计算
3.1计算机模型和材料
根据所提出的加固方案，建立实际结构模型（钢桁架结构单独承载与实际情况接近）和三种加固方案的计算模型。模型1：原结构模型（钢桁架结构单独承载）进行受力分析。模型2：对上部拱架与下部钢桁架之间的连接进行加固处理后的整体承载模型进行受力分析。模型3：在整体承载模型的基础上，对采用上部拱架添加斜撑加固后的模型进行受力分析。模型4：在整体承载模型的基础上，对采用添加预应力索及拉杆对钢桁架进行加固后的模型进行受力分析。结构构件主要为Q235和Q345钢。材料性能以GB/T700碳素结构钢标准为基础。
3.2边界设置
在模型计算中有支座约束（钢桁架支座、钢丝绳支座）、刚性连杆、释放梁端约束几种边界条件存在。（1）支座约束。在结构两端的节点三个方向x、y和z施加平移约束。对钢丝绳两端共4个节点施加x、y、z三个方向的平动约束。（2）刚性连杆。上部拱架结构与下部钢桁架之间的连接采用刚性连杆。（3）释放梁端约束。对上部拱架结构中的槽钢与H型钢之间的连接以及纵向系杆与弧形管之间的连接采用铰接形式。
结束语
综上所述，在输煤栈桥设计时想要提高设计水平，就需要从设计现状出发将影响输煤栈桥设计的问题找出，并且采取有效的措施进行处理。唯有如此，才能提高输煤栈桥设计水平，促进企业的发展。
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论文作者:杜成云,刘探梅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：桁架论文; 结构论文; 栈桥论文; 模型论文; 型钢论文; 刚度论文; 刚性论文; 《基层建设》2019年第14期论文;