詳解砂石料場中帶式輸送機棧橋結構設計

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,，需設置一個或數(shù)個砂石加工系統(tǒng)。砂石加工系統(tǒng)中設置有砂石料堆場,， 用來對砂石料進行存儲,、 轉(zhuǎn)運和調(diào)節(jié)。堆場構筑物的土建投資往往占砂石料加工系統(tǒng)的一半以上,。堆場中皮帶輸送機棧橋,，因其平面位置落在料堆范圍內(nèi)，由堆料及卸料產(chǎn)生的料流壓力對棧橋設計的影響重大,。選擇合適的結構布置可以地減少或避開料流壓力,，當無法避開時，在目前沒有統(tǒng)一規(guī)定的情況下,，應該正確地考慮料流壓力,，使設計的棧橋安適用、 經(jīng)濟合理,。本文根據(jù)對十幾座(堆料高度20～30m)大型堆場的設計實踐總結,，對堆場中帶式輸送機棧橋設計的特點進行了探討。

1 結構布置

帶式輸送機棧橋結構的布置主要取決于帶式輸送機的工藝布置及要求,�,？缍冉Y構布置要結合立柱統(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構的長度以2.4m為模數(shù),，目前水電工程中使用的跨度一般為12～40.8m。相鄰兩跨長度之差不宜過大,，跨度結構類別應少,，以便于化、系列化和重復利用。

砂石料堆場進料帶式輸送機棧橋由兩端的機頭,、機尾部分和中間的立柱結構,、跨度結構組成。根據(jù)帶式輸送機的工藝布置,，帶式輸送機的軸線與堆場中的地壟軸線之間的夾角為0～90°,， 當夾角值較小時， 須將立柱布置在料堆中,。地,，當夾角值為0°時，可將部分棧橋立柱布置在堆場分倉隔料墻及堆場兩端擋料墻上; 當夾角值較大時,， 除可將立柱布置在料堆中,，還可結合跨度結構尺寸，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根據(jù)堆料方式選擇不同的型式,。一般情況下，一臺卸料小車只供應設有一條地壟的堆場進料,， 即卸料小車運輸?shù)臈�橋正位于地壟頂上。這樣,，無論堆場進料或出料,，作用于立柱結構的骨料側壓力，主要是縱向(平行帶式輸送機方向)不對稱作用,， 立柱頂主要為縱向的水平位移,。另一種情況，堆場下設有平行的雙地壟,，而卸料帶式輸送機棧橋位于兩地壟之間,，棧橋上安裝有橫向移動可逆帶式輸送機向兩邊卸料。這種條件下的棧橋,，無論堆場進料或出料都可形成縱,、橫向(垂直帶式輸送機方向)均不對稱的骨料側壓力作用于立柱，立柱頂有縱,、橫向兩方向的水平位移,。

2 結構類型

2.1 跨度結構

堆場進料帶式輸送機棧橋的跨度結構一般采用上承式鋼桁架梁， 考慮鋼桁架梁的重復使用,， 其斷面形狀取為長方形,。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)進料帶式輸送機的寬度B(800～1200mm)分別定為1200～1800mm。走道采用挑臂支撐,， 可根據(jù)工藝布置設置單邊或雙邊走道,，見圖2。鋼桁架梁的允許撓度為L/400 ,。

2.2立柱結構

堆場進料帶式輸送機棧橋的立柱采用立體鋼支架,，斷面形狀為長方形或三角形。根據(jù)設計實踐,，當立柱埋入料堆中的高度大于10m時,，適于采用長方形斷面立柱，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,。當高度大于20m時，建議地面以上20m的部分采用鋼筋混凝土結構,。鋼支架的4個(或3個)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方向基本相等,，如“◎”形或“□”形,。

3 結構計算

3.1 跨度結構鋼桁架梁的計算

3.1.1 計算假定

(1)鋼桁架梁計算按平面桁架處理。

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

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

3.1.2 　荷載計算

(1)垂直荷載,。① 恒載， 包括鋼桁架梁自重,、帶式輸送機設備重,、重錘拉緊裝置及其配重塊，有時還有管道重量,。② 活載,， 包括帶式輸送機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)、雪載,。

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

3.1.3 結構內(nèi)力計算簡圖

鋼桁架梁按簡支梁計算,， 計算簡圖如圖 3所示。

3.1.4 強度計算

根據(jù)內(nèi)力計算成果,， 驗算上下弦桿及中間腹桿的應力,。

3.1.5 撓 度

桁架梁的撓度允許值為L/400 。

3.2 立柱結構計算

3.2.1 立柱結構計算假定

(1)取立體鋼支架的一個立面按平面桁架處理,。

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

3.2.2 荷載計算

(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支座傳遞的橫向風載(垂直帶式輸送機軸線方向),、作用于鋼支架上的分布風載,、料流壓力。堆場進料時,，骨料流動比較緩慢,，當骨料堆置達設計大高度時，停止進料,，此時骨料處于穩(wěn)定狀態(tài),。地壟卸料孔開啟卸料時， 骨料失去穩(wěn)定而流動,。隨著出料時間的延長， 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” 斗壁難以長時間維持穩(wěn)定,， 往往出現(xiàn)突然塌方現(xiàn)象。當立柱一側的砂石料到達大堆置高度,， 而另一側砂石料自卸形成的“ 漏斗” 又達限深度時,， 若斗壁突然塌方而使其作用于立柱的側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算堆場中立柱的控制工況,。作用于立柱兩側的砂石料壓力均按庫倫主動土壓力計算，立柱一側的料壓高度為大堆置高度，另一側的料壓高度根據(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,。立柱的擋料寬度,，目前沒有統(tǒng)一的規(guī)定， 根據(jù)對內(nèi)數(shù)座堆高 20～25m的砂石料堆場的設計實踐,， 按3倍的柱肢寬度取值較接近實際情況,。

3.2 .3 結構內(nèi)力計算

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

沿帶式輸送機軸線的平面桁架,， 當其沿帶式輸送機軸線方向變形時,， 上部的帶式輸送機鋼桁架梁對其有的約束，此時,，要求梁柱結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。

在堆場中帶式輸送機棧橋的結構設計中,，料流壓力的計算是,，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)又有實測資料的計算方法,。長江勘測規(guī)劃設計研究院設計了數(shù)座堆高20～30m的砂石料堆場,，并已部投入運轉(zhuǎn)使用，從各工程的堆場運行情況看,，計算假定,、計算模式、構造形式合理,，計算變形接近實際變形情況,，可以堆場的安平穩(wěn)運行。