詳解砂石料場(chǎng)中帶式輸送機(jī)棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水利水電工程施工需要巨量的砂石料。為提供工程所需要的砂石料，需設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)砂石加工系統(tǒng)。砂石加工系統(tǒng)中設(shè)置有砂石料堆場(chǎng)， 用來(lái)對(duì)砂石料進(jìn)行存儲(chǔ)、 轉(zhuǎn)運(yùn)和調(diào)節(jié)。堆場(chǎng)構(gòu)筑物的土建投資往往占砂石料加工系統(tǒng)的一半以上。堆場(chǎng)中皮帶輸送機(jī)棧橋，因其平面位置落在料堆范圍內(nèi)，由堆料及卸料產(chǎn)生的料流壓力對(duì)棧橋設(shè)計(jì)的影響重大。選擇合適的結(jié)構(gòu)布置可以地減少或避開料流壓力，當(dāng)無(wú)法避開時(shí)，在目前沒有統(tǒng)一規(guī)定的情況下，應(yīng)該正確地考慮料流壓力，使設(shè)計(jì)的棧橋安適用、 經(jīng)濟(jì)合理。本文根據(jù)對(duì)十幾座(堆料高度20～30m)大型堆場(chǎng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐總結(jié)，對(duì)堆場(chǎng)中帶式輸送機(jī)棧橋設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行了探討。

1 結(jié)構(gòu)布置

帶式輸送機(jī)棧橋結(jié)構(gòu)的布置主要取決于帶式輸送機(jī)的工藝布置及要求�？缍冉Y(jié)構(gòu)布置要結(jié)合立柱統(tǒng)一考慮，其布置順序，一般由高至低，以避免短跨度配高立柱的情況出現(xiàn)�？缍冉Y(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度以2.4m為模數(shù)，目前水電工程中使用的跨度一般為12～40.8m。相鄰兩跨長(zhǎng)度之差不宜過(guò)大，跨度結(jié)構(gòu)類別應(yīng)少，以便于化、系列化和重復(fù)利用。

砂石料堆場(chǎng)進(jìn)料帶式輸送機(jī)棧橋由兩端的機(jī)頭、機(jī)尾部分和中間的立柱結(jié)構(gòu)、跨度結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)帶式輸送機(jī)的工藝布置，帶式輸送機(jī)的軸線與堆場(chǎng)中的地壟軸線之間的夾角為0～90°， 當(dāng)夾角值較小時(shí)， 須將立柱布置在料堆中。地，當(dāng)夾角值為0°時(shí)，可將部分棧橋立柱布置在堆場(chǎng)分倉(cāng)隔料墻及堆場(chǎng)兩端擋料墻上; 當(dāng)夾角值較大時(shí)， 除可將立柱布置在料堆中，還可結(jié)合跨度結(jié)構(gòu)尺寸，考慮將立柱布置在料堆邊緣，或布置在堆料高度較小的部位，以避開或減少料流壓力的影響，見圖1。

布置在料堆中的立柱應(yīng)根據(jù)堆料方式選擇不同的型式。一般情況下，一臺(tái)卸料小車只供應(yīng)設(shè)有一條地壟的堆場(chǎng)進(jìn)料， 即卸料小車運(yùn)輸?shù)臈�橋正位于地壟頂��。這樣，無(wú)論堆場(chǎng)進(jìn)料或出料，作用于立柱結(jié)構(gòu)的骨料側(cè)壓力，主要是縱向(平行帶式輸送機(jī)方向)不對(duì)稱作用， 立柱頂主要為縱向的水平位移。另一種情況，堆場(chǎng)下設(shè)有平行的雙地壟，而卸料帶式輸送機(jī)棧橋位于兩地壟之間，棧橋上安裝有橫向移動(dòng)可逆帶式輸送機(jī)向兩邊卸料。這種條件下的棧橋，無(wú)論堆場(chǎng)進(jìn)料或出料都可形成縱、橫向(垂直帶式輸送機(jī)方向)均不對(duì)稱的骨料側(cè)壓力作用于立柱，立柱頂有縱、橫向兩方向的水平位移。

2 結(jié)構(gòu)類型

2.1 跨度結(jié)構(gòu)

堆場(chǎng)進(jìn)料帶式輸送機(jī)棧橋的跨度結(jié)構(gòu)一般采用上承式鋼桁架梁， 考慮鋼桁架梁的重復(fù)使用， 其斷面形狀取為長(zhǎng)方形。鋼桁架梁的高度h取其跨度L的1/14～1/16，鋼桁架梁的寬度可根據(jù)進(jìn)料帶式輸送機(jī)的寬度B(800～1200mm)分別定為1200～1800mm。走道采用挑臂支撐， 可根據(jù)工藝布置設(shè)置單邊或雙邊走道，見圖2。鋼桁架梁的允許撓度為L(zhǎng)/400 。

2.2立柱結(jié)構(gòu)

堆場(chǎng)進(jìn)料帶式輸送機(jī)棧橋的立柱采用立體鋼支架，斷面形狀為長(zhǎng)方形或三角形。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐，當(dāng)立柱埋入料堆中的高度大于10m時(shí)，適于采用長(zhǎng)方形斷面立柱，立柱的寬高比為1/3～1/5。鋼支架埋入料堆中的高度一般不宜大于20m。當(dāng)高度大于20m時(shí)，建議地面以上20m的部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼支架的4個(gè)(或3個(gè))立面均為桁架。鋼支架的柱肢截面采用閉合斷面，使截面慣性矩在兩個(gè)方向基本相等，如“◎”形或“□”形。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 跨度結(jié)構(gòu)鋼桁架梁的計(jì)算

3.1.1 計(jì)算假定

(1)鋼桁架梁計(jì)算按平面桁架處理。

(2)桁架節(jié)點(diǎn)為理想鉸接， 桁架所有桿件在同一平面內(nèi)， 并相交于節(jié)點(diǎn)處。

(3)所有荷載都作用在桁架節(jié)點(diǎn)上( 如桿件上有節(jié)間荷載， 將其按比例化為兩個(gè)集中荷載， 分別作用在鄰近的左、 右節(jié)點(diǎn)上) 。

3.1.2 　荷載計(jì)算

(1)垂直荷載。① 恒載， 包括鋼桁架梁自重、帶式輸送機(jī)設(shè)備重、重錘拉緊裝置及其配重塊，有時(shí)還有管道重量。② 活載， 包括帶式輸送機(jī)帶面上物料的均布荷載、 鋼桁架梁人行道上的均布活載(考慮積料、零件存放等，按2kN/m2計(jì))、雪載。

(2)水平荷載。主要為風(fēng)載， 用于鋼桁架梁上下平聯(lián)的計(jì)算、 梁的穩(wěn)定計(jì)算。

3.1.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖

鋼桁架梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算， 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 3所示。

3.1.4 強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)內(nèi)力計(jì)算成果， 驗(yàn)算上下弦桿及中間腹桿的應(yīng)力。

3.1.5 撓 度

桁架梁的撓度允許值為L(zhǎng)/400 。

3.2 立柱結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.2.1 立柱結(jié)構(gòu)計(jì)算假定

(1)取立體鋼支架的一個(gè)立面按平面桁架處理。

(2)桁架節(jié)點(diǎn)為理想鉸接， 桁架所有桿件在同一平面內(nèi)， 并相交于節(jié)點(diǎn)處。

3.2.2 荷載計(jì)算

(1)垂直荷載。包括鋼支架自重、桁架梁支座處豎向反力、其他荷載(如置于支架內(nèi)的垂直拉緊裝置荷載) 。

(2) 水平荷載。包括上部桁架梁通過(guò)支座傳遞的橫向風(fēng)載(垂直帶式輸送機(jī)軸線方向)、作用于鋼支架上的分布風(fēng)載、料流壓力。堆場(chǎng)進(jìn)料時(shí)，骨料流動(dòng)比較緩慢，當(dāng)骨料堆置達(dá)設(shè)計(jì)大高度時(shí)，停止進(jìn)料，此時(shí)骨料處于穩(wěn)定狀態(tài)。地壟卸料孔開啟卸料時(shí)， 骨料失去穩(wěn)定而流動(dòng)。隨著出料時(shí)間的延長(zhǎng)， 料堆頂部塌落， 以卸料口為錐頂形成的“ 漏斗” 逐漸加深，上口直徑也不斷擴(kuò)大。由于砂石料的自卸角一般大于其自然休止角， 故自卸形成的“ 漏斗” 斗壁難以長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)定， 往往出現(xiàn)突然塌方現(xiàn)象。當(dāng)立柱一側(cè)的砂石料到達(dá)大堆置高度， 而另一側(cè)砂石料自卸形成的“ 漏斗” 又達(dá)限深度時(shí)， 若斗壁突然塌方而使其作用于立柱的側(cè)壓力突然減小或卸荷， 就出現(xiàn)了不利荷載情況， 此工況的水平料壓為計(jì)算堆場(chǎng)中立柱的控制工況。作用于立柱兩側(cè)的砂石料壓力均按庫(kù)倫主動(dòng)土壓力計(jì)算，立柱一側(cè)的料壓高度為大堆置高度，另一側(cè)的料壓高度根據(jù)卸料孔口的位置按砂石料的自然休止角( 取內(nèi)摩擦角) 與立柱的交點(diǎn)。立柱的擋料寬度，目前沒有統(tǒng)一的規(guī)定， 根據(jù)對(duì)內(nèi)數(shù)座堆高 20～25m的砂石料堆場(chǎng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐， 按3倍的柱肢寬度取值較接近實(shí)際情況。

3.2 .3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

立柱在垂直和水平荷載的作用下， 根據(jù)卸料孔口的布置， 選擇沿帶式輸送機(jī)軸線和垂直帶式輸送機(jī)軸線兩個(gè)方向的平面桁架分別計(jì)算。立柱按底端固定，頂端自由計(jì)算， 計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4，立柱柱頂水平位移容許值為H/500 。

沿帶式輸送機(jī)軸線的平面桁架， 當(dāng)其沿帶式輸送機(jī)軸線方向變形時(shí)， 上部的帶式輸送機(jī)鋼桁架梁對(duì)其有的約束，此時(shí)，要求梁柱結(jié)合處的立柱頂面形成可承受水平荷載的平面桁(框)架。作用于水平桁(框)架的荷載按立柱底端固定，頂端鉸支算得，如圖5，6。

在堆場(chǎng)中帶式輸送機(jī)棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，料流壓力的計(jì)算是，其取值直接影響到立柱的安和正常使用。目前還沒有既有理論依據(jù)又有實(shí)測(cè)資料的計(jì)算方法。長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)了數(shù)座堆高20～30m的砂石料堆場(chǎng)，并已部投入運(yùn)轉(zhuǎn)使用，從各工程的堆場(chǎng)運(yùn)行情況看，計(jì)算假定、計(jì)算模式、構(gòu)造形式合理，計(jì)算變形接近實(shí)際變形情況，可以堆場(chǎng)的安平穩(wěn)運(yùn)行。