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兴保铁路储运装大跨度柱面网壳设计
周康喆;田承昊
【摘要】兴保铁路储运装系统储煤棚跨度84m,两列五座.从结构受力及选型分析、
结构设计、构造措施、施工方案等方面进行详细的研究并给出比较确切的风荷载体
型系数.根据储煤棚结构的特点,阐明山区湿陷性黄土地区煤棚设计和实际使用中注
意的问题,并提出一关键建议.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2018(044)008
【总页数】2页(P30-31)
【关键词】兴保铁路;双层圆柱面网壳;结构设计
【作者】周康喆;田承昊
【作者单位】中国铁路设计集团有限公司,天津300250;中国铁路设计集团有限公
司,天津300250
【正文语种】中文
【中图分类】TU318
1工程概况
兴保铁路项目是中南部铁路通道重要集运线。煤炭储运装系统是兴保铁路的主要工
程,包括受煤系统、储煤系统、铁路快速装运系统等,位于山西省保德县冯家川乡。
大跨度储煤棚设置在铁路环线内,共两列,五座。汽车外来煤由汽车运至受煤区卸
车后,由振动给料机给至受煤皮带,经受煤坑下皮带机一次转载后运至储煤区T2
转运站,长距离皮带系统来煤也由皮带机转载至T2转运站,在T2转运站内转变
煤炭的运输方向,可由皮带机转载运输并卸至1号~3号三个堆场储存,也可直接
转载卸至4号、5号两个堆场储存。
2结构选型
依据储煤能力要求,储煤棚按两列布置,根据功能和建筑要求,为避免结构超限,
设计为五座柱面钢网壳,拱高37.0m,跨度84.0m,每个长137m,中间设
11m宽伸缩缝两道。采用常见的正放四角锥柱面网壳,鉴于现场施工条件恶劣,
主体结构采用螺栓球节点双层柱面网壳,为下弦节点支承形式,支座间距为6.8m。
网壳剖面图见图1,图2为相对典型的3号储煤棚平面布置图。
3结构分析与设计
3.1荷载组合
网壳主要荷载有静、活荷载,考虑温度作用[1-3]。煤棚存在大面积堆载,支座位
移设计需考虑,取值为:支座横向水平强迫位移20mm,相邻支座不均匀沉降
4mm,作为可变荷载工况参与荷载组合。应适当考虑积灰荷载。结构安全等级为
一级,结构重要性系数为1.1。
3.2风振系数取值
设计采用的风振系数βz按照工程经验统一取值1.65。
3.3设计参数
1)长细比:支座处拉杆长细比限值为150、压杆为120,其他杆件依据规范设计。
支撑端处腹杆按压杆考虑。
2)应力比:一般杆件应力比限值为0.85。
3)挠度限值:L/450(L为跨度)。
4)高强螺栓:干煤棚所处环境易造成钢结构的锈蚀,关键节点控制工况组合设计值
应乘以1.2的增大系数。
3.4双向弹性支座设计
储煤棚煤场堆煤高度为12m,存在大面积堆载作用,采用预压法对煤场进行预压。
基础采用独立基础。网壳结构通过支座落于独立基础上。支座节点的设计和支承
条件的假定是关乎网壳结构的整体稳定和安全重要因素。
温度效应使网壳沿纵向对支座产生较大的剪力,为避免切向产生较大的剪力,减小
支座的设计复杂度,将网壳的边界条件在计算模型中设计成沿跨度方向支座为释放
纵向位移、约束径向和竖向位移的铰支座,山墙支座为仅约束竖向位移的铰支座,
见图3,图4。由于网壳结构的跨度较大,支座的水平推力较大。在支座设计和与
下部结构的连接设计时,经综合对比,选用双向弹性铰支座模型,即设置两个呈垂
直布置的板式橡胶支座,水平支座传递竖向反力,竖向支座承受水平反力。两个支
座的转动中心与支座螺栓球形心重合,以保证支座边界条件的“铰接”约束的效应。
双向弹性铰支座与边界假定一致。需对支座采取防腐抗老化等构造措施;并用橡胶
垫板与基础钢板或混凝土间可用502胶等胶结剂粘结固定。
4非线性极限承载力分析
根据结构的特征值屈曲分析结果及受力特性、截面校核等方面的结果分析,采用有
限元软件对网壳进行线性屈曲分析和考虑几何非线性的荷载—位移全过程分析,
荷载模式:恒荷载+半跨均布活荷载,恒荷载+全跨均布活荷载。选取的典型节点
有两个,分别为无山墙支承处网壳中节点及1/4跨节点。两种模式下,引入初始
几何缺陷,分别对应结构特征值屈曲的第一阶及第二阶模态。缺陷最大值为跨度的
1/300,加载方式为位移控制。在两种初始缺陷下,上述两个典型节点的位移与荷
载的曲线见图5。两种模式下得出的结构极限荷载比例系数分别为20.64,20.8
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