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鋼結(jié)構(gòu)弦桿變形對通廊構(gòu)件內(nèi)力有什么影響？

本文來源：色涂君網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布日期：2017-10-28 10:22

? 鋼結(jié)構(gòu)通廊在冶金、電力、石化等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。通廊主要由主桁架、上下弦縱向支撐、通廊平臺、端剛架等幾個(gè)主要部分組成空間桁架。為簡化計(jì)算，多采用平面桁架模型‘11進(jìn)行計(jì)算，主桁架根據(jù)豎向荷載計(jì)算，縱向支撐根據(jù)水平風(fēng)荷載確定比。3。。對于縱向支撐多采用交叉支撐，其可按單拉桿設(shè)計(jì)，計(jì)算簡圖如圖1。根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按長細(xì)比H1構(gòu)造確定的支撐截面一般可滿足抵御水平風(fēng)載的要求。
　　
　　結(jié)構(gòu)自重、料重以及操作等垂直荷載為通廊承受的主要荷載，在這些垂直荷載作用下，通廊上下弦均會產(chǎn)生一定的軸向變形。如42m跨度桁架的水平位移達(dá)26mm，GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定跨度大于36m的桁架要孝慮由于下弦的彈性伸長使桁架在水平方向產(chǎn)生較大的位移，對柱和托架產(chǎn)生的附加應(yīng)力‘朝。而冶金行業(yè)的上料通廊多為60m左右跨度，亦有受場地條件限制設(shè)置更大跨度的（某84m跨鋼上料通廊）。通廊因垂直荷載作用引起的弦桿變形是否會在縱向支撐中產(chǎn)生附加力，甚至對平臺梁產(chǎn)生不利影響，在平面簡化計(jì)算中并沒有考慮，很多經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師對此也不大清楚。
　　
　　本文結(jié)合某鋼廠高爐上料主皮帶工程，采用空間模型對上料主皮帶通廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，考慮垂直荷載引起的弦桿軸向變形對縱向支撐和平臺梁內(nèi)力的影響，并采用虛功原理推導(dǎo)出根據(jù)弦桿軸力計(jì)算支撐內(nèi)力的計(jì)算公式。
　　
　　1空間計(jì)算模型
　　
　　某鋼廠主皮帶通廊總長約130m，分為兩跨，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。皮帶兩側(cè)各布置800mm寬操作平臺，膠帶機(jī)中部設(shè)備荷載7kN／m(其中活載3.5kN／m)，貯運(yùn)設(shè)置托架支腿間距3m，平臺操作荷載取1kN／Hi2，風(fēng)荷載取W一0.35kN／m2。計(jì)算9
　　采用SAP2000-6]對通廊結(jié)構(gòu)建立三維空間有限元模型，桿件采用框架截面單元，平臺面采用薄殼單元。通廊桁架弦桿采用HW350×350×12×19，腹桿和平臺梁均采用軋制H型鋼截面，支撐采用角鋼截面。分析桁架桿件內(nèi)力時(shí)，端部門架梁柱節(jié)點(diǎn)按剛接處理，其他桿件節(jié)點(diǎn)設(shè)置為鉸接。
　　
　　2弦桿變形對縱向支撐的影響
　　
　　按GB500172003的規(guī)定，受拉構(gòu)件容許長細(xì)比：桁架桿件為350或300(跨度等于或大于60m)；而在永久荷載與風(fēng)荷載組合作用下受壓時(shí)，其長細(xì)比不宜超過250。以往通廊設(shè)計(jì)中沒有考慮弦桿軸向變形的影響，故支撐長細(xì)比由前者控制。
　　
　　為比較弦桿變形對支撐內(nèi)力的影響，分別計(jì)算垂直荷載和水平荷載作用下縱向支撐的內(nèi)力（通廊沿縱向分14個(gè)節(jié)間）。將水平荷載(風(fēng)(W》和垂直荷載(恒(D)和活(L》作用下的內(nèi)力（標(biāo)準(zhǔn)值）變化情況繪于圖3中。為便于比較數(shù)值大小，將垂直荷載下支撐壓力取絕對值。
　　
　　圖3縱向支撐內(nèi)力比較
　　
　　從圖3可以看出，由端部向跨中方向支撐的拉力逐漸減小，而壓力逐漸增大；對兩跨通廊，均有5節(jié)間支撐恒載下的壓力超過風(fēng)載下酌拉力，有8節(jié)間支撐垂直荷載下的壓力超過風(fēng)載下的拉力。因此，支撐的實(shí)際長細(xì)比宜控制在250以內(nèi)，對于更大跨度或較重要結(jié)構(gòu)宜控制更嚴(yán)格，如200以內(nèi)。
　　
　　3弦桿變形對平臺梁的影響
　　
　　通廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)緊密圍繞貯運(yùn)專業(yè)的皮帶機(jī)正常運(yùn)行操作布置，工藝專業(yè)皮帶輥托支架的設(shè)置需要結(jié)構(gòu)專業(yè)在通廊平臺上布置沿通廊縱向的次梁，如圖4所示。平臺板一般鋪設(shè)于縱梁之上，根據(jù)平臺板與橫向主梁是否可靠連接可分為兩種情況：平臺板與橫向主梁有可靠連接，應(yīng)考慮板的薄膜效應(yīng)；
　　
　　否則不考慮板的作用效應(yīng)。
　　
　　圖4平臺梁布置
　　
　　考慮板與主梁可靠連接，平臺縱向次梁與主桁架變形一致，下承式通廊縱向平臺梁受拉，由端部向跨中縱向梁軸力從27kN逐漸增大至307kN。軸力在縱向梁中產(chǎn)生的應(yīng)力比如圖5中N應(yīng)力比，由端部向跨中逐漸增大，最大達(dá)到構(gòu)件強(qiáng)度的35%。
　　
　　若板與主梁連接不可靠，縱向平臺梁與主桁架弦桿變形不一致，下弦桿伸長使平臺橫梁平面外受彎，由跨中向端部主梁，次彎矩由0.2kN．m逐漸增大至11.3kN．m。次彎矩在主梁中產(chǎn)生的應(yīng)力比如圖5中M應(yīng)力比，端部次彎矩應(yīng)力比最大，達(dá)到構(gòu)件強(qiáng)度的63%?？梢哉f，弦桿變形在平臺梁中產(chǎn)生的應(yīng)力較大，若忽略其影響將會使謾計(jì)的構(gòu)件偏小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全。
　　
　　因此，無論平臺板采用何種連接，均建議在設(shè)計(jì)上采用構(gòu)造處理，將縱向梁在通廊跨中設(shè)置斷點(diǎn)，以有效減小弦桿變形對平臺梁產(chǎn)生的不利影響。

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