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糧食倉儲物流工程中的設備輸送棧橋因其糧食進出倉功能的需要, 往往分別搭接在不同的建筑物 (構筑物) 之間, 或者架設于較高的棧橋支架上部, 若采用混凝土結構棧橋則存在高空支模澆筑困難, 即便采用預制混凝土結構, 也因混凝土結構自重大而存在吊裝困難的問題, 而鋼結構具有強度大、自重輕、吊裝方便等優點, 所以在工程建設中鋼結構棧橋應用較為廣泛。本文就鋼桁架棧橋設計中的幾點細節展開論述。

鋼結構棧橋主要分為實腹式鋼梁棧橋和桁架式棧橋。實腹式鋼梁主要用于跨度不大于10 m的棧橋且其上部設備輸送荷載較小的情況;跨度較大時則主要采用桁架式棧橋, 桁架式棧橋具有單位面積自重輕、撓度小等優點。

桁架式棧橋可分為上承式 (桁架上弦承受豎向荷載) 及下承式 (桁架下弦承受豎向荷載) 。上承式桁架棧橋即廊道面位于桁架上弦, 設備和行人均通行在桁架上弦, 其具有矢高可隨跨度靈活調整的優點;下承式桁架棧橋廊道面位于桁架下弦, 設備和行人均通行在桁架下弦, 其矢高除滿足設備輸送要求外, 還要考慮人員通行的凈空要求, 因此下承式桁架棧橋矢高通常不小于2.5 m, 且棧橋內部凈空不小于2 m。下承式桁架通常用鋼量要比上承式稍大。但下承式桁架棧橋因人員行走在鋼結構桁架組成的骨架內部, 而讓人更有安全感。在大型港口或糧食中轉庫中, 因作業人員操作及檢修通行頻繁, 建設單位往往要求采用下承式棧橋[1]。

桁架棧橋的通常跨度為20~50 m, 根據以往的設計經驗和計算統計, 在跨度為30 m左右時構件的應力能夠得到充分利用, 經濟效益好。為此, 長距離輸送棧橋, 宜選用30 m左右的標準跨度。桁架的高度為跨度的1/10~1/14時, 材料的性能發揮得較為充分, 即棧橋的高度通常為2~3 m比較合理。

在同一條設備輸送線上, 對于下承式桁架, 因人行通道的凈高要求是定值, 不同跨度的桁架高度宜相同;對于上承式桁架, 不同跨度的桁架高度也宜相同, 小跨度的桁架高度宜與大跨度的棧橋高度一致, 以便外觀整齊、美觀, 如圖1、2所示。

圖1 某港口倉儲項目上承式棧橋立面簡圖   下載原圖

圖2 某港口倉儲項目下承式棧橋立面簡圖   下載原圖

對于超大跨度的棧橋, 如跨度大于50 m時, 仍采用上下弦桿平行的桁架形式, 由于上弦、下弦中間段構件應力較大而其余構件應力較小, 造成大部分構件的材料性能得不到充分發揮而產生較大浪費, 為此可采用魚腹式桁架。如上承式桁架, 下弦設計成魚腹式, 如圖3所示;對于下承式桁架, 上弦設計成反魚腹式, 如圖4所示。這樣的處理方式, 可使每個構件的剛度、強度均得到充分利用, 同時減輕桁架自重節省鋼材, 能夠較好地控制桁架的絕對變形值。同時, 可使棧橋在外觀上不再單調, 顯得美觀大方。

圖3 上承式桁架魚腹式簡圖   下載原圖

圖4 下承式桁架反魚腹式簡圖   下載原圖

糧食輸送設備寬度通常為0.8~1.2 m, 人行檢修主通道1.0 m, 副通道為0.7~0.8 m, 故設備輸送棧橋寬度通常為2.5~3.0 m, 而無設備布置的人行通道通常寬度為2.0 m。

鋼桁架棧橋的每平方米用鋼量與糧食輸送設備運行荷載、棧橋面的寬度、跨度及桁架的結構形式等有關。通常, 一條產量為600 t/h及以下的皮帶機, 其棧橋寬度為3 m時, 每平方米的用鋼量約為120~160 kg。

由于鋼結構具有顯著的熱脹冷縮性能, 在年溫差較大或日溫差較大時, 將導致鋼結構棧橋在跨度方向出現較大的位移。同時, 鋼棧橋支座的兩端建筑 (構筑) 物在使用過程中可能產生不均勻沉降。為適應鋼結構熱脹冷縮顯著的特性及支座不均勻沉降的情況, 鋼棧橋的支座通常需設計成一端為固定端, 一端為滑動端, 滑動支座處, 棧橋支座底板開設50~100 mm的長橢圓孔, 以適應上述原因造成的微量變形。在立面上有傾斜的棧橋, 下端支座設為固定端, 而在棧橋的上端支座設置滑動支座, 以適應棧橋在重力荷載作用下的結構穩定及適量的變形協調。

棧橋的滑動支座設計也值得注意。早期設計時, 是在棧橋支座的底板和下部連接鋼板之間涂抹潤滑脂 (俗稱黃油) , 以降低支座接觸面的摩擦系數。但由于潤滑脂裸露在空氣中, 長期遭受外部環境 (陽光、遇水、粉塵以及其他有害氣體) 的影響, 將發生化學和物理反應而變質, 有效使用壽命較短, 從而需每3~5 a便維修更換潤滑脂。但維修更換成本較高, 且作業難度大。所以, 在近期鋼棧橋設計過程中, 通常采用摩擦系數小且性能可靠的聚四氟乙烯板來解決滑動問題。每個滑動支座處設置兩塊聚四氟乙烯板, 如圖5所示, 上板開設長橢圓孔, 開孔位置在棧橋支座底板, 下板開設普通螺栓孔, 如遇不均勻沉降時, 棧橋支座便可在兩塊聚四氟乙烯板之間滑動, 減少鋼棧橋因位移而產生的附加內力[2]。

圖5 滑動支座處聚四氟乙烯板詳圖   下載原圖

鋼棧橋由于通常工作在露天環境中, 在陽光、風沙、雨雪、粉塵以及部分地區面臨海洋大氣等環境下, 都將導致鋼結構的腐蝕。為此, 鋼結構的防腐蝕設計亦是結構設計的重點。鋼結構防腐蝕涂裝一般采用刷漆或鍍鋅處理。但鍍鋅成本較高, 刷漆相對較為經濟。涂漆的合理使用壽命為5~15 a, 即在后期使用過程中必然面臨維修養護的問題。為此, 鋼結構棧橋的構件類型選用時, 應多加注意。尤其是南方沿海地區, 防腐蝕的維修問題更為突出。建設單位往往提出減少刷漆或降低后期刷漆的難度和成本。背對背連接的角鋼或槽鋼由于其拼縫中涂漆困難、不易涂漆完整, 不建議采用, 而采用熱軋無縫鋼管或其他實腹型鋼更便于后期的涂裝維修。

對于兩端支座為簡支的棧橋, 一般其桁架兩端腹桿軸力較大而中間段軸力較小, 從經濟性考慮構件的截面選用時宜有所區分。但同一榀桁架腹桿的構件截面種類不易超過3種, 且各型號的構件截面尺寸宜有明顯區分, 易于判別型號規格, 不致現場作業工人混淆。

長距離的輸送棧橋需單獨設置棧橋支架, 支架承受棧橋傳來的豎向和縱、橫向水平荷載。支架可采用鋼結構支架或混凝土支架, 但考慮到建設成本和施工工期, 而較多采用鋼結構支架。支架設計中的關鍵問題是風荷載作用下的抗傾覆及支架頂部位移控制。由于支架自重輕、承擔的豎向荷載小, 對風荷載作用下的橫向水平力較為敏感。尤其是支架高度超過20 m, 風荷載大于0.5 k N/m2的情況, 對上述兩個問題要采取好相應措施。

支架一般與頂部棧橋同寬, 但當棧橋寬度僅為3 m左右, 且支架高度超過20 m時, 支架宜設計成下寬上窄的結構形式, 如支架頂部寬度為3 m, 底部寬度為6 m。這種形式可增大下部基礎的抗傾覆能力, 同時加大支架自身的抗側移剛度, 減小風荷載作用下支架頂部絕對位移。

增大基礎抗拔承載能力設計時采取的措施有:考慮支架下部樁基的抗拔承載力、加大承臺的面積, 以及加大基礎的埋置深度。

鋼結構棧橋設計過程中應根據項目的具體情況以及工藝設計要求、建設單位意見、當地氣候環境等方面綜合考慮, 選擇合理的結構設計方案、桁架結構類型、構件截面等, 使棧橋具備可靠的設計強度、剛度、穩定性以及滿足構造設計等方面的要求, 同時考慮鋼結構施工的標準, 外形美觀、經濟等。