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糧食倉儲(chǔ)物流工程中的設(shè)備輸送棧橋因其糧食進(jìn)出倉功能的需要, 往往分別搭接在不同的建筑物 (構(gòu)筑物) 之間, 或者架設(shè)于較高的棧橋支架上部, 若采用混凝土結(jié)構(gòu)棧橋則存在高空支模澆筑困難, 即便采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu), 也因混凝土結(jié)構(gòu)自重大而存在吊裝困難的問題, 而鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度大、自重輕、吊裝方便等優(yōu)點(diǎn), 所以在工程建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)棧橋應(yīng)用較為廣泛。本文就鋼桁架棧橋設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)細(xì)節(jié)展開論述。

鋼結(jié)構(gòu)棧橋主要分為實(shí)腹式鋼梁棧橋和桁架式棧橋。實(shí)腹式鋼梁主要用于跨度不大于10 m的棧橋且其上部設(shè)備輸送荷載較小的情況;跨度較大時(shí)則主要采用桁架式棧橋, 桁架式棧橋具有單位面積自重輕、撓度小等優(yōu)點(diǎn)。

桁架式棧橋可分為上承式 (桁架上弦承受豎向荷載) 及下承式 (桁架下弦承受豎向荷載) 。上承式桁架棧橋即廊道面位于桁架上弦, 設(shè)備和行人均通行在桁架上弦, 其具有矢高可隨跨度靈活調(diào)整的優(yōu)點(diǎn);下承式桁架棧橋廊道面位于桁架下弦, 設(shè)備和行人均通行在桁架下弦, 其矢高除滿足設(shè)備輸送要求外, 還要考慮人員通行的凈空要求, 因此下承式桁架棧橋矢高通常不小于2.5 m, 且棧橋內(nèi)部?jī)艨詹恍∮? m。下承式桁架通常用鋼量要比上承式稍大。但下承式桁架棧橋因人員行走在鋼結(jié)構(gòu)桁架組成的骨架內(nèi)部, 而讓人更有安全感。在大型港口或糧食中轉(zhuǎn)庫中, 因作業(yè)人員操作及檢修通行頻繁, 建設(shè)單位往往要求采用下承式棧橋[1]。

桁架棧橋的通常跨度為20~50 m, 根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算統(tǒng)計(jì), 在跨度為30 m左右時(shí)構(gòu)件的應(yīng)力能夠得到充分利用, 經(jīng)濟(jì)效益好。為此, 長距離輸送棧橋, 宜選用30 m左右的標(biāo)準(zhǔn)跨度。桁架的高度為跨度的1/10~1/14時(shí), 材料的性能發(fā)揮得較為充分, 即棧橋的高度通常為2~3 m比較合理。

在同一條設(shè)備輸送線上, 對(duì)于下承式桁架, 因人行通道的凈高要求是定值, 不同跨度的桁架高度宜相同;對(duì)于上承式桁架, 不同跨度的桁架高度也宜相同, 小跨度的桁架高度宜與大跨度的棧橋高度一致, 以便外觀整齊、美觀, 如圖1、2所示。

圖1 某港口倉儲(chǔ)項(xiàng)目上承式棧橋立面簡(jiǎn)圖   下載原圖

圖2 某港口倉儲(chǔ)項(xiàng)目下承式棧橋立面簡(jiǎn)圖   下載原圖

對(duì)于超大跨度的棧橋, 如跨度大于50 m時(shí), 仍采用上下弦桿平行的桁架形式, 由于上弦、下弦中間段構(gòu)件應(yīng)力較大而其余構(gòu)件應(yīng)力較小, 造成大部分構(gòu)件的材料性能得不到充分發(fā)揮而產(chǎn)生較大浪費(fèi), 為此可采用魚腹式桁架。如上承式桁架, 下弦設(shè)計(jì)成魚腹式, 如圖3所示;對(duì)于下承式桁架, 上弦設(shè)計(jì)成反魚腹式, 如圖4所示。這樣的處理方式, 可使每個(gè)構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度均得到充分利用, 同時(shí)減輕桁架自重節(jié)省鋼材, 能夠較好地控制桁架的絕對(duì)變形值。同時(shí), 可使棧橋在外觀上不再單調(diào), 顯得美觀大方。

圖3 上承式桁架魚腹式簡(jiǎn)圖   下載原圖

圖4 下承式桁架反魚腹式簡(jiǎn)圖   下載原圖

糧食輸送設(shè)備寬度通常為0.8~1.2 m, 人行檢修主通道1.0 m, 副通道為0.7~0.8 m, 故設(shè)備輸送棧橋?qū)挾韧ǔ?.5~3.0 m, 而無設(shè)備布置的人行通道通常寬度為2.0 m。

鋼桁架棧橋的每平方米用鋼量與糧食輸送設(shè)備運(yùn)行荷載、棧橋面的寬度、跨度及桁架的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)。通常, 一條產(chǎn)量為600 t/h及以下的皮帶機(jī), 其棧橋?qū)挾葹? m時(shí), 每平方米的用鋼量約為120~160 kg。

由于鋼結(jié)構(gòu)具有顯著的熱脹冷縮性能, 在年溫差較大或日溫差較大時(shí), 將導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)棧橋在跨度方向出現(xiàn)較大的位移。同時(shí), 鋼棧橋支座的兩端建筑 (構(gòu)筑) 物在使用過程中可能產(chǎn)生不均勻沉降。為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮顯著的特性及支座不均勻沉降的情況, 鋼棧橋的支座通常需設(shè)計(jì)成一端為固定端, 一端為滑動(dòng)端, 滑動(dòng)支座處, 棧橋支座底板開設(shè)50~100 mm的長橢圓孔, 以適應(yīng)上述原因造成的微量變形。在立面上有傾斜的棧橋, 下端支座設(shè)為固定端, 而在棧橋的上端支座設(shè)置滑動(dòng)支座, 以適應(yīng)棧橋在重力荷載作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及適量的變形協(xié)調(diào)。

棧橋的滑動(dòng)支座設(shè)計(jì)也值得注意。早期設(shè)計(jì)時(shí), 是在棧橋支座的底板和下部連接鋼板之間涂抹潤滑脂 (俗稱黃油) , 以降低支座接觸面的摩擦系數(shù)。但由于潤滑脂裸露在空氣中, 長期遭受外部環(huán)境 (陽光、遇水、粉塵以及其他有害氣體) 的影響, 將發(fā)生化學(xué)和物理反應(yīng)而變質(zhì), 有效使用壽命較短, 從而需每3~5 a便維修更換潤滑脂。但維修更換成本較高, 且作業(yè)難度大。所以, 在近期鋼棧橋設(shè)計(jì)過程中, 通常采用摩擦系數(shù)小且性能可靠的聚四氟乙烯板來解決滑動(dòng)問題。每個(gè)滑動(dòng)支座處設(shè)置兩塊聚四氟乙烯板, 如圖5所示, 上板開設(shè)長橢圓孔, 開孔位置在棧橋支座底板, 下板開設(shè)普通螺栓孔, 如遇不均勻沉降時(shí), 棧橋支座便可在兩塊聚四氟乙烯板之間滑動(dòng), 減少鋼棧橋因位移而產(chǎn)生的附加內(nèi)力[2]。

圖5 滑動(dòng)支座處聚四氟乙烯板詳圖   下載原圖

鋼棧橋由于通常工作在露天環(huán)境中, 在陽光、風(fēng)沙、雨雪、粉塵以及部分地區(qū)面臨海洋大氣等環(huán)境下, 都將導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。為此, 鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計(jì)亦是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝一般采用刷漆或鍍鋅處理。但鍍鋅成本較高, 刷漆相對(duì)較為經(jīng)濟(jì)。涂漆的合理使用壽命為5~15 a, 即在后期使用過程中必然面臨維修養(yǎng)護(hù)的問題。為此, 鋼結(jié)構(gòu)棧橋的構(gòu)件類型選用時(shí), 應(yīng)多加注意。尤其是南方沿海地區(qū), 防腐蝕的維修問題更為突出。建設(shè)單位往往提出減少刷漆或降低后期刷漆的難度和成本。背對(duì)背連接的角鋼或槽鋼由于其拼縫中涂漆困難、不易涂漆完整, 不建議采用, 而采用熱軋無縫鋼管或其他實(shí)腹型鋼更便于后期的涂裝維修。

對(duì)于兩端支座為簡(jiǎn)支的棧橋, 一般其桁架兩端腹桿軸力較大而中間段軸力較小, 從經(jīng)濟(jì)性考慮構(gòu)件的截面選用時(shí)宜有所區(qū)分。但同一榀桁架腹桿的構(gòu)件截面種類不易超過3種, 且各型號(hào)的構(gòu)件截面尺寸宜有明顯區(qū)分, 易于判別型號(hào)規(guī)格, 不致現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人混淆。

長距離的輸送棧橋需單獨(dú)設(shè)置棧橋支架, 支架承受棧橋傳來的豎向和縱、橫向水平荷載。支架可采用鋼結(jié)構(gòu)支架或混凝土支架, 但考慮到建設(shè)成本和施工工期, 而較多采用鋼結(jié)構(gòu)支架。支架設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題是風(fēng)荷載作用下的抗傾覆及支架頂部位移控制。由于支架自重輕、承擔(dān)的豎向荷載小, 對(duì)風(fēng)荷載作用下的橫向水平力較為敏感。尤其是支架高度超過20 m, 風(fēng)荷載大于0.5 k N/m2的情況, 對(duì)上述兩個(gè)問題要采取好相應(yīng)措施。

支架一般與頂部棧橋同寬, 但當(dāng)棧橋?qū)挾葍H為3 m左右, 且支架高度超過20 m時(shí), 支架宜設(shè)計(jì)成下寬上窄的結(jié)構(gòu)形式, 如支架頂部寬度為3 m, 底部寬度為6 m。這種形式可增大下部基礎(chǔ)的抗傾覆能力, 同時(shí)加大支架自身的抗側(cè)移剛度, 減小風(fēng)荷載作用下支架頂部絕對(duì)位移。

增大基礎(chǔ)抗拔承載能力設(shè)計(jì)時(shí)采取的措施有:考慮支架下部樁基的抗拔承載力、加大承臺(tái)的面積, 以及加大基礎(chǔ)的埋置深度。

鋼結(jié)構(gòu)棧橋設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況以及工藝設(shè)計(jì)要求、建設(shè)單位意見、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境等方面綜合考慮, 選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、桁架結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件截面等, 使棧橋具備可靠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及滿足構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面的要求, 同時(shí)考慮鋼結(jié)構(gòu)施工的標(biāo)準(zhǔn), 外形美觀、經(jīng)濟(jì)等。