模块化栈桥结构设计.pdfVIP

摘要

主要介绍一种从澳大利亚引进的新型模块化栈桥结构的设计方法，通

过有限元分析软件SAP2000建立结构分析模型，深入研究并分析其

力学性能。结果表明：模块化栈桥结构受力复杂，整体表现为简支梁

的受弯状态，竖向荷载起控制作用；薄壁波纹板可作为结构的承力构

件，是新型模块化栈桥的创新点之一，相比传统钢结构栈桥可节省材

料，使结构形式更加经济、合理；有限元分析结果为同类栈桥快速初

选断面构件尺寸提供一种简化模型的方法，并可推广至其他型号栈桥，

从而形成定型产品。

栈桥是指在矿场或火力发电厂采用皮带机输送设备输送煤炭的一种架

空桥式结构。近年来，随着企业生产能力的不断提高，产量和原材料

的需求量不断扩大，物资输送栈桥开始向大型化发展。输煤栈桥是经

过不同结构形式的逐渐演变才发展为现在的钢结构栈桥。最先出现的

是木结构栈桥，然后出现的是砖混结构栈桥，之后出现的是钢筋混凝

土结构栈桥，这种结构形式虽然整体性比较好、耐久性也好，但是在

施工时会产生大量的建筑垃圾，而且自重过大，并不经济，因此也逐

渐被市场淘汰。目前比较普遍应用于国内外的是钢结构栈桥。钢材的

强度高、自重轻和便于施工等特点，使之非常适用于大跨度输煤栈桥

中。但传统钢结构栈桥仍存在诸多问题，如现场焊接会造成大量工作

并产生残余应力及残余变形等。

目前钢结构栈桥中主要有角钢或其他型钢桁架、空间网架和钢管桁架

3种结构形式。角钢桁架结构栈桥是目前主要应用的结构，但是作为

平面结构，需要设置水平支撑体系，从而导致桁架制作复杂。钢网架

结构整体性能好、制作和安装方便。钢管桁架主要采用相贯节点或焊

接空心球节点，节点的受力性能比型钢桁架更好。近些年来，又出现

了钢-混凝土组合梁结构、钢管连续桁架结构和预应力钢桁架结构等组

合形式的栈桥结构。

本文的研究对象是从国外引进的成套式模块化栈桥结构。其最大改进

新意在于，并未采用传统的主体钢桁架、压型钢板作为围护结构的设

计方式[7]，而是将压型钢板应用到受力结构中，使其在发挥围护作用

的同时起到支撑作用。这种结构形式大大地减少了在钢桁架中添加的

各种水平支撑、斜支撑，显著降低用钢量，使整个结构更加经济。而

且符合国内近年来的流行趋势——“工厂制造”代替现场“建造”。在工厂

加工精度高，除锈、防腐效果好，产品质量得到保障，可有效延长栈

桥的使用寿命。现场采用螺栓连接，拼装过程无焊接，装配流程简洁，

施工速度快，不仅能提高精度而且可大大缩短工期。同时材料重复利

用率高，可节约大量的维护费用。

本文介绍此类栈桥结构的构造形式，并通过SAP2000软件建立某一

型号栈桥的有限元模型，分析其受力性能，从而为同类型的栈桥断面

尺寸初选提供一种简化思路，使其能推广并应用于实际工程中。

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结构构造

本文阐述的装配式模块化栈桥，是一种从澳大利亚引进的新式物资输

送装配式栈桥，采用全钢筑造的半封闭式结构，结构断面形式如图1

所示，取消上、下支撑及各种水平、斜支撑，侧面仅留波纹压型钢板。

根据输送要求，栈桥分为单机栈桥(图1a)和双机栈桥(图1b)。

a—模块化单机栈桥(横断面);b—模块化双机栈桥(横断面)。

图1模块化栈桥结构(横断面)

栈桥结构主要组成构件如图2所示，主体结构包括上纵梁、波纹板、

下纵梁、横隔板、上横梁、下横梁以及底板。

1—波纹板；2—底纵梁(槽钢)；3—底横梁(槽钢)；4—上横梁(槽钢)；5—上纵梁(角钢)；6—横隔

板(宽110mm);7—横隔板(宽160mm)；8—上横梁(槽钢×2)。

图2栈桥12m模块结构示意

根据设计要求，单机栈桥每跨36m，由3个12m标准节模块组成；

双机栈桥每跨27m，由3个9m标准节模块组成。12m标准节模块

顶部和底部左右两侧各有1根通长的纵梁(12m)，上纵梁采用角钢，

下纵梁采用槽钢，通过侧面的波纹板连接。由2块6m长的波纹板通

过宽160mm的横隔板焊接成12m，同