55米超大跨度输煤栈桥的结构选型

　　摘要：山东菏泽发电厂三期工程煤场与主厂区被一条市政主干道隔开，市规划部门不允许在道路中间增设支柱，使该栈桥跨度达到55米。这大大超过常规栈桥跨度，在国内火力发电厂也较为少见。该工程栈桥综合运用了橡胶隔振措施、桁架平面外垂直支撑和门式刚架等设计方法，较有效地解决了在超长栈桥设计中遇到的问题。本文将介绍该超长输煤栈桥的结构选型，为以后的超长栈桥设计提供借鉴。
　　关键词：输煤栈桥，超长，横向支撑
　　1．超大跨度输煤栈桥的结构简介
　　火力发电厂地上输煤栈桥跨间承重结构形式是按照不同的跨度和高度进行划分设计，由《构筑物抗震设计规范》可知，地上输煤栈桥结构一般分为三种：砖混结构、混凝土结构和钢桁架结构。钢结构栈桥一般用于大跨度、桥面结构较高，跨度一般18m～30m。当栈桥面离地面较高时，也可考虑采用钢结构桁架和钢柱组成的纵向排架结构形式。
　　本文介绍的工程地震基本烈度7度（0.15g），建筑场地为Ⅲ类。跨路的1号输煤栈桥，桥面距地面的高度为13.5m，栈桥跨度中心线长度为55.0m，该栈桥结构采用钢桁架和现浇钢筋混凝土柱组成的纵向排架结构体系。由于栈桥高度较高较高（h=6.6m），为减少结构的迎风面积，减少建筑的维护面积，同时为节约结构的投资成本，在满足建筑使用要求的前提下，在桁架内部将封闭栈桥设计成门形刚架形式，主桁架外露。
　　2.超大跨度输煤栈桥高度和起拱值的确定
　　本工程钢结构桁架高度的确定需要考虑两方面内容：
　　一是工艺专业对结构净高的要求：栈桥净高要求为2.5m，中间布置有链码检验装置，栈桥净高要求为3.5m。二是为满足高跨比而需要的结构高度：参考《钢结构设计手册》有关规定：梯形钢屋架的跨度一般为L=15-36m，柱距为6-12m，跨中经济高度为h=（1/8-1/10）L。
　　本工程桥面跨度L=55.0m，栈桥面总宽度为12.3m，按柱距为6.15m考虑。栈桥高度取h=6.6m，其跨高比L/H=8.33，因桥面跨度较大，按经济高度的上限值考虑。
　　为改善人们的感观，不使结构出现较大的挠度，因此《钢结构设计手册》规定：当梯形钢屋架的跨度L≥24m时，当屋架下弦无曲折时，宜起拱，拱度为υ=L/500。本工程跨度L=55.0m，应按照理论计算结果为[υ]=L/500=110mm。根据计算结果表明，该结构的跨中挠度υ（静载标准值+活载标准值）=90.0mm，小于理论起拱高度，因此在施工图中以υ=80mm为最大起拱高度。
　　3．输煤栈桥的结构型式和支座
　　该跨路钢桁架式栈桥，其结构型式为：平行弦式桁架下撑式结构。是由承重桁架、上弦水平支撑和上弦横梁（支撑）、端框架、下弦刚性楼板及栈桥底部支架等组成。因栈桥面跨路，而且跨度较大，为减少桁架外部环境的振动对其产生影响，在桁架支座处设置了橡胶隔振支座。输煤栈桥钢桁架的上下弦和腹杆均采用热轧H型钢，钢材采用Q345-B级钢。栈桥的腹杆和上下弦之间均采用刚接节点。
　　菏泽地区冬季最冷月平均温度为-10OC，夏季最热月平均温度为30OC，栈桥安装月平均温度为10OC，钢结构栈桥为露天布置，则结构所承受的最大温差为ΔT=20OC。
　　桁架最大水平位移：ΔL=αΔTL=1.2X10-5X20X55000=13.2mm
　　桁架最大水平轴力：上弦杆H600X450X18X28，A=34992mm2，
　　下弦杆H450X450X18X32，A=35748mm2，∑A=70740mm2
　　N=ΔLEA/L=13.2X2.06X105X70740/55000=3497KN
　　支架柱应力验算：支架高度h=0.895mm，M=Nh=3130KN•m
　　Wx=（4504-432X3863）/（12X225）=5.986X103 mm3
　　σx=M/γxwxx=3130X106/（1.05X5.986106）=498N/mm2>f=295N/mm2
　　由此可知，栈桥支座采用固定铰支座时，不能满足结构受力和变形的要求。
　　本工程采用板式橡胶支座，橡胶支座的容许平均压应力[δ]≥10MPa，容许抗剪弹性模量≥1Mpa，容许转角的正切值为1/500，橡胶支座的高度为h=78mm。依据《火力发电厂辅助机器基础隔振设计规程》规定：
　　矩形橡胶隔振器的剪切刚度：K=Gab/h=1.0X106X550X550/78=3.878X106KN
　　橡胶支座所承受水平极限承载力N=Ku=3.878X106X78/500=605X103KN
　　远大于栈桥所承受的水平荷载。橡胶支座在纵向采用椭圆形孔，以方便栈桥自由伸缩；在横向采用两侧钢板固定。具体见下图所示。
　　
　　           
　　4.栈桥横向支撑结构
　　桁架支撑是用来承受桁架侧面的水平横向风载和其它水平横向荷载，并将这些荷载传至支座，并保持桁架的空间稳定及空间刚度，同时决定了弦杆的平面外计算长度。依据《火力发电厂土建结构设计技术规定》规定：当栈桥为桁架时，应在两端设门形刚架。桁架的上弦和下弦处宜设置通长水平交叉支撑。桥面板为整体现浇板，因此可以不设水平支撑。桁架屋面结构的水平支撑按照拉杆长细比限制构造设置。
　　本工程栈桥高度较高（h=6.6m），为增强桁架的平面外刚度，减少桁架柱的平面外计算高度系数。因此在栈桥桁架上弦的每一节间处采取加强措施。
　　                
　　5、结束语
　　菏泽电厂三期工程于2006年5月已并网发电，1号超长跨度栈桥运行良好。现在老电厂改造、扩建项目逐渐增多。输煤栈桥布置与市政规划道路跨越问题将越来越多，超大跨度栈桥也会遇到。通过对菏泽电厂三期工程55米超长跨度栈桥结构选型实践的阐述，希望对以后同类栈桥的设计能起到借鉴作用。
　　6、参考文献
　　1、《火力发电厂土建结构设计技术规定》（DL5022-93）。水利电力出版社，1993。
　　2、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。中国建筑工业出版社，2003。
　　3、《构筑物抗震设计规范》（GB50191-93）。中国计划出版社，1993。
　　4、《钢结构设计手册》（上册，第三版）。中国建筑工业出版社，2004。
　　5、《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)。中国交通出版社，2004。
　　6、《火力发电厂辅助机器基础隔振设计规程》(DL/T5188-2004)。中国电力出版社，2004。