鋼結構弦桿變形對通廊構件內力有什么影響?
本文來源:
色涂君網絡 發布日期:
2017-10-28 10:22
? 鋼結構通廊在冶金、電力、石化等行業有著廣泛的應用。通廊主要由主桁架、上下弦縱向支撐、通廊平臺、端剛架等幾個主要部分組成空間桁架。為簡化計算,多采用平面桁架模型‘11進行計算,主桁架根據豎向荷載計算,縱向支撐根據水平風荷載確定比。3。。對于縱向支撐多采用交叉支撐,其可按單拉桿設計,計算簡圖如圖1。根據工程設計經驗,按長細比H1構造確定的支撐截面一般可滿足抵御水平風載的要求。 結構自重、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,通廊上下弦均會產生一定的軸向變形。如42m跨度桁架的水平位移達26mm,GB50017-2003《鋼結構設計規范》規定跨度大于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生較大的位移,對柱和托架產生的附加應力‘朝。而冶金行業的上料通廊多為60m左右跨度,亦有受場地條件限制設置更大跨度的(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生附加力,甚至對平臺梁產生不利影響,在平面簡化計算中并沒有考慮,很多經驗豐富的工程師對此也不大清楚。 本文結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構進行分析計算,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力的影響,并采用虛功原理推導出根據弦桿軸力計算支撐內力的計算公式。 1空間計算模型 某鋼廠主皮帶通廊總長約130m,分為兩跨,具體結構參數見表1。皮帶兩側各布置800mm寬操作平臺,膠帶機中部設備荷載7kN/m(其中活載3.5kN/m),貯運設置托架支腿間距3m,平臺操作荷載取1kN/Hi2,風荷載取W一0.35kN/m2。計算9 采用SAP2000-6]對通廊結構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。分析桁架桿件內力時,端部門架梁柱節點按剛接處理,其他桿件節點設置為鉸接。 2弦桿變形對縱向支撐的影響 按GB500172003的規定,受拉構件容許長細比:桁架桿件為350或300(跨度等于或大于60m);而在永久荷載與風荷載組合作用下受壓時,其長細比不宜超過250。以往通廊設計中沒有考慮弦桿軸向變形的影響,故支撐長細比由前者控制。 為比較弦桿變形對支撐內力的影響,分別計算垂直荷載和水平荷載作用下縱向支撐的內力(通廊沿縱向分14個節間)。將水平荷載(風(W》和垂直荷載(恒(D)和活(L》作用下的內力(標準值)變化情況繪于圖3中。為便于比較數值大小,將垂直荷載下支撐壓力取絕對值。 圖3縱向支撐內力比較 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節間支撐恒載下的壓力超過風載下酌拉力,有8節間支撐垂直荷載下的壓力超過風載下的拉力。因此,支撐的實際長細比宜控制在250以內,對于更大跨度或較重要結構宜控制更嚴格,如200以內。 3弦桿變形對平臺梁的影響 通廊結構的設計緊密圍繞貯運專業的皮帶機正常運行操作布置,工藝專業皮帶輥托支架的設置需要結構專業在通廊平臺上布置沿通廊縱向的次梁,如圖4所示。平臺板一般鋪設于縱梁之上,根據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,應考慮板的薄膜效應; 否則不考慮板的作用效應。 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。軸力在縱向梁中產生的應力比如圖5中N應力比,由端部向跨中逐漸增大,最大達到構件強度的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。次彎矩在主梁中產生的應力比如圖5中M應力比,端部次彎矩應力比最大,達到構件強度的63%。可以說,弦桿變形在平臺梁中產生的應力較大,若忽略其影響將會使謾計的構件偏小,導致結構不安全。 因此,無論平臺板采用何種連接,均建議在設計上采用構造處理,將縱向梁在通廊跨中設置斷點,以有效減小弦桿變形對平臺梁產生的不利影響。
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