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钢结构弦杆变形对通廊构件内力的影响

作者:广纵贸易来源:广纵贸易官网 浏览次数: 日期:2014-08-28

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  钢结构通廊在冶金、电力、石化等行业有着广泛的应用。通廊主要由主桁架、上下弦纵向支撑、通廊平台、端刚架等几个主要部分组成空间桁架。为简化计算,多采用平面桁架模型‘11进行计算,主桁架根据竖向荷载计算,纵向支撑根据水平风荷载确定比。3。。对于纵向支撑多采用交叉支撑,其可按单拉杆设计,计算简图如图1。根据工程设计经验,按长细比H1构造确定的支撑截面一般可满足抵御水平风载的要求。

 

  结构自重、料重以及操作等垂直荷载为通廊承受的主要荷载,在这些垂直荷载作用下,通廊上下弦均会产生一定的轴向变形。如42m跨度桁架的水平位移达26mm,GB50017-2003《钢结构设计规范》规定跨度大于36m的桁架要孝虑由于下弦的弹性伸长使桁架在水平方向产生较大的位移,对柱和托架产生的附加应力‘朝。而冶金行业的上料通廊多为60m左右跨度,亦有受场地条件限制设置更大跨度的(某84m跨钢上料通廊)。通廊因垂直荷载作用引起的弦杆变形是否会在纵向支撑中产生附加力,甚至对平台梁产生不利影响,在平面简化计算中并没有考虑,很多经验丰富的工程师对此也不大清楚。

 

  本文结合某钢厂高炉上料主皮带工程,采用空间模型对上料主皮带通廊结构进行分析计算,考虑垂直荷载引起的弦杆轴向变形对纵向支撑和平台梁内力的影响,并采用虚功原理推导出根据弦杆轴力计算支撑内力的计算公式。

 

  1空间计算模型

 

  某钢厂主皮带通廊总长约130m,分为两跨,具体结构参数见表1。皮带两侧各布置800mm宽操作平台,胶带机中部设备荷载7kN/m(其中活载3.5kN/m),贮运设置托架支腿间距3m,平台操作荷载取1kN/Hi2,风荷载取W一0.35kN/m2。计算9

 

  采用SAP2000-6]对通廊结构建立三维空间有限元模型,杆件采用框架截面单元,平台面采用薄壳单元。通廊桁架弦杆采用HW350×350×12×19,腹杆和平台梁均采用轧制H型钢截面,支撑采用角钢截面。分析桁架杆件内力时,端部门架梁柱节点按刚接处理,其他杆件节点设置为铰接。

 

  2弦杆变形对纵向支撑的影响

 

  按GB500172003的规定,受拉构件容许长细比:桁架杆件为350或300(跨度等于或大于60m);而在永久荷载与风荷载组合作用下受压时,其长细比不宜超过250。以往通廊设计中没有考虑弦杆轴向变形的影响,故支撑长细比由前者控制。

 

  为比较弦杆变形对支撑内力的影响,分别计算垂直荷载和水平荷载作用下纵向支撑的内力(通廊沿纵向分14个节间)。将水平荷载(风(W》和垂直荷载(恒(D)和活(L》作用下的内力(标准值)变化情况绘于图3中。为便于比较数值大小,将垂直荷载下支撑压力取绝对值。

 

  由端部向跨中方向支撑的拉力逐渐减小,而压力逐渐增大;对两跨通廊,均有5节间支撑恒载下的压力超过风载下酌拉力,有8节间支撑垂直荷载下的压力超过风载下的拉力。因此,支撑的实际长细比宜控制在250以内,对于更大跨度或较重要结构宜控制更严格,如200以内。

 

  3弦杆变形对平台梁的影响

 

  通廊结构的设计紧密围绕贮运专业的皮带机正常运行操作布置,工艺专业皮带辊托支架的设置需要结构专业在通廊平台上布置沿通廊纵向的次梁,如图4所示。平台板一般铺设于纵梁之上,根据平台板与横向主梁是否可靠连接可分为两种情况:平台板与横向主梁有可靠连接,应考虑板的薄膜效应;否则不考虑板的作用效应。

  

考虑板与主梁可靠连接,平台纵向次梁与主桁架变形一致,下承式通廊纵向平台梁受拉,由端部向跨中纵向梁轴力从27kN逐渐增大至307kN。轴力在纵向梁中产生的应力比如图5中N应力比,由端部向跨中逐渐增大,最大达到构件强度的35%。

 

  若板与主梁连接不可靠,纵向平台梁与主桁架弦杆变形不一致,下弦杆伸长使平台横梁平面外受弯,由跨中向端部主梁,次弯矩由0.2kN.m逐渐增大至11.3kN.m。次弯矩在主梁中产生的应力比如图5中M应力比,端部次弯矩应力比最大,达到构件强度的63%。可以说,弦杆变形在平台梁中产生的应力较大,若忽略其影响将会使谩计的构件偏小,导致结构不安全。

 

  因此,无论平台板采用何种连接,均建议在设计上采用构造处理,将纵向梁在通廊跨中设置断点,以有效减小弦杆变形对平台梁产生的不利影响。

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