钢桁架栈桥在不同加载方案下受力性能分析
钢桁架栈桥在不同加载方案下受力性能分析
摘要：本文通过建立钢桁架栈桥在两种不同加载方案下的空间模型，并对两种加载方案下的桁架各杆件受力性能进行分析比较。
关 键 词：钢桁架 ；栈桥；受力性能分析
通廊栈桥是煤炭企业洗选煤炭工艺中用于转运原煤材料及选后产品的通道。随着国家整体对煤炭能源需求的提升，选煤企业竞争日趋激烈，扩容、改造的步伐加快，对选煤厂的建设速度及质量要求也越来越高，而在大跨度栈桥的土建工程中，钢桁架以其自重轻、施工速度快、受季节影响小等特点被广泛使用。
在通廊栈桥结构设计中，荷载的输入方式一般为将屋面、楼面及风荷载折算按等效作用面积折算成桁架的节点荷载，但实际上荷载的传递方式与此种加载方式存在区别。现以水平夹角为0度、长度40m的钢桁架栈桥为例，对不同加载方式对钢桁架构件受力性能的影响做一简述。
栈桥结构简述
该栈桥采用两片桁架、上下弦水平支撑、横梁及两端门架组成的空间桁架结构，以水平长度2500mm为一节间，桁架两端支座形式为一边固定铰支座，一边为滑动铰支座（释放水平约束）。
栈桥荷载基本信息
栈桥楼面恒荷载标准值为3.6KN/m2,活荷载标准值为3.0KN/m2（假设皮带机宽度>1m）;屋面恒荷载标准值为0.5KN/m2，活荷载标准值为0.5KN/m2；地震设防烈度为7度；
风荷载基本风压为0.55 KN/m2，重现期为50年，地面粗糙度为B类，设计栈桥离地面高度不超过35m，体形系数见图1。
栈桥钢桁架上下弦水平支撑及桁架布置见图2-4。
杆件的计算长度与容许长细比
杆件的计算长度
杆件的计算长度按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表5.3.1选用，见表1。
杆件的容许长细比
杆件的容许长细比按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表5.3.9选用，见表2。
（1）在确定长细比时，由于在不同工况下，某些杆件可能由拉杆变为压杆，因此，对这些拉杆计算长细比时均按压杆的容许长细比设定检验条款。
（2）桁架中的角钢受压腹杆，当其内力等于或小于其承载能力的50%时，容许长细比可放宽至200。
注：L为桁架构件的几何长度
荷载加载方式对栈桥桁架杆件的受力性能分析
为了分析不同荷载加载方式对杆件的受力性能影响，采用stadd pro空间分析软件建立40m栈桥模型，采用A、B两种不同加载方式：A方案采用将屋面、楼面及风荷载按等效作用面积折算成节点荷载加载至桁架上下弦节点处，具体加载方式见图5-6；B方案采用将屋面、楼面及风荷载以实际屋面、墙面檩条位置为传递路径，以集中荷载和均布线荷载加载至桁架竖腹杆及上下弦横梁处，具体
加载方式见图7-8；验算两方案构件受力性能见表3。
通过在A、B两种加载方案桁架各杆件的受力性能比较：竖腹杆（杆件）采用双角钢截面2L75X75X6，在A方案下为轴心受力构件，由受压构件长细比控制，最大应力比为0.809；在B方案下为压弯构件，最大应力比为2.158，超出规范限值。实际钢桁架栈桥中墙面通常采用彩板结构通过墙面檩条与竖腹杆连接，风荷载由彩板传至墙面檩条，再由檩条以集中荷载的形式传至竖腹杆，竖腹杆同时承受压力及水平荷载，受力形式并不是轴心受力构件而是压弯构件，
下弦横梁（杆件）采用HW150X150，在A方案下为受弯构件，由梁翼缘宽厚比控制，最大应力比为0.650；在B方案下由梁构件挠度控制，最大应力比为
1.674，超出规范限值。钢桁架栈桥中楼板的荷载一部分传至下弦横梁，再由横梁传至桁架下弦节点，下弦横梁实际上承受了部分楼板传来的均布线荷载，相比于节点荷载此线荷载作用会使横梁的弯矩大大增加，而挠度与弯矩成正比，因此会出现挠度为选择横梁截面的控制因素。
下弦端头横梁（杆件）采用HW175X175，在A方案下为受弯构件，由梁抗弯强度控制，最大应力比为0.850,；在B方案下最大应力比为1.034，超出规范限值。部分楼板传来的均布线荷载加大了端头横梁的弯矩，而受弯构件正应力值与弯矩成正比，因此在选用相同截面下可能会出现抗弯强度超限的情况。
桁架其余杆件的受力性能情况均没有太大变化。
小结
在大跨度钢桁架栈桥设计中，采用节点荷载输入并不能完全反应桁架实际的传力过程，
应充分考虑横梁及竖腹杆的荷载传递路径，只有如此才能正确模拟出桁架各杆件的实际受力情况，避免危险的发生。