韓寶峰，吳 靜

（太原理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024）

20世紀(jì)80年代至今一般采用角鋼桁架棧橋。一般地，角鋼桁架均采用單軸對(duì)稱的雙角鋼截面相比剛管桁架來(lái)說(shuō)不能充分發(fā)揮出截面特性，同時(shí)加上存在陰角，其防腐費(fèi)用很高。對(duì)于施工來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量大，常有漏焊現(xiàn)象。而空心球鋼管桁架憑借鋼量節(jié)省、安裝制作方便、造價(jià)低的特點(diǎn)被很多業(yè)主及設(shè)計(jì)單位廣泛采用?，F(xiàn)階段對(duì)棧橋的設(shè)計(jì)主要以簡(jiǎn)化為單榀桁架計(jì)算為主，本文主要通過(guò)sap2000對(duì)某鋼管桁架棧橋整體分析與pkpm軟件所計(jì)算的單榀桁架進(jìn)行對(duì)比。

1 工程概況

根據(jù)工藝提供的資料及場(chǎng)地條件限制，棧橋斜向跨度為2.3m×12=27.6 m，坡度為35°。上部設(shè)計(jì)為沿桁架縱向滑動(dòng)鉸支座用于釋放溫度、地震及其他偶然荷載作用下產(chǎn)生的位移，下部設(shè)置固定鉸支座。鋼管桁架三維示意圖見圖1。

圖1 鋼管桁架三維示意圖

2 鋼管桁架整體模型分析

選用sap2000分析軟件對(duì)鋼管桁架進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，得到相應(yīng)內(nèi)力及結(jié)構(gòu)的整體變形。

2.1 荷載取值

根據(jù)輸煤系統(tǒng)工藝提供的資料，結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2001）（2006年版），荷載取值如下：

（1）屋面恒荷載：0.5 kN/m2，樓面恒荷載：3.0 kN/m2。

（2）不上人屋面活荷載：0.5 kN/m2，樓面活荷載：4.0 kN/m2。

（3）基本風(fēng)壓：0.5 kN/m2。

（4）基本雪壓：0.4 kN/m2。

場(chǎng)地類別為Π類，抗震設(shè)防烈度為8度，地震加速度為0.2 g，設(shè)計(jì)地震分組為一組，抗震設(shè)防分類為丙類。

2.2 荷載組合

根據(jù)現(xiàn)行荷載規(guī)范，本結(jié)構(gòu)荷載基本組合分別考慮了由可變荷載和永久荷載控制的組合，其中，恒荷載分項(xiàng)系數(shù)分別取1.2和1.35；活荷載及風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。對(duì)于組合系數(shù)，恒荷載取1.0，活荷載取0.7，風(fēng)荷載取0.6。在地震作用參與的組合中，分項(xiàng)系數(shù)取1.3。

2.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形

2.3.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

采用sap2000軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。把屋面及樓面恒荷載、活荷載及風(fēng)荷載按節(jié)點(diǎn)力施加在上下弦節(jié)點(diǎn)上，采用上述荷載組合對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行分析得到，結(jié)構(gòu)在基本組合中由可變荷載控制的組合，即1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6風(fēng)荷載下桿件內(nèi)力最大。在其組合下結(jié)構(gòu)軸力云圖見圖2。

圖2 最大荷載組合下軸力云圖

從軸力云圖中可以定向地得到結(jié)構(gòu)下弦受拉、上弦受壓；跨中桿件內(nèi)力最大，這些預(yù)期結(jié)果和基本力學(xué)概念吻合。提取結(jié)構(gòu)內(nèi)力得到結(jié)構(gòu)在上述荷載組合下上弦最大內(nèi)力桿件單元為57號(hào)，其值為449.52 kN（壓力）；下弦最大內(nèi)力桿件單元為53號(hào)，其值為458 kN（拉力）。

2.3.2 結(jié)構(gòu)變形分析

結(jié)構(gòu)整體變形分析見圖3。

圖3 鋼管桁架變形圖

從結(jié)構(gòu)的整體變形可以分析出，跨中變形最大。在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合:1.0恒荷載+1.0活荷載+0.6X風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)Z向及X向撓度均達(dá)到最大，分別為26.04 mm及24.3 mm。在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下結(jié)構(gòu)最大撓度滿足小于L/400，滿足規(guī)范要求。

3 單榀桁架分析

選用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM取單榀桁架進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形分析。荷載取值及荷載組合和整體模型中相同，且荷載均以節(jié)點(diǎn)力的形式加載到上下弦節(jié)點(diǎn)上。

3.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

把屋面及樓面恒荷載、活荷載及風(fēng)荷載按節(jié)點(diǎn)力施加在上下弦節(jié)點(diǎn)上，采用上述荷載組合對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行分析得到。結(jié)構(gòu)在基本組合中由可變荷載控制的組合，即1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6風(fēng)荷載下桿件內(nèi)力最大。在其組合下結(jié)構(gòu)軸力見圖4。

圖4 結(jié)構(gòu)軸力包絡(luò)圖

對(duì)結(jié)構(gòu)取單榀桁架計(jì)算結(jié)果為上弦受壓，在控制組合作用下最大軸力為440 kN；下弦為受拉，在控制組合作用下最大軸力為456 kN。這個(gè)內(nèi)力結(jié)構(gòu)與整體分析結(jié)構(gòu)基本相同?？梢?，簡(jiǎn)化模型計(jì)算的可行性。

3.2 結(jié)構(gòu)變形分析

對(duì)結(jié)構(gòu)單榀計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)最大撓度為23.12 mm，與整體模型計(jì)算結(jié)果相比較，撓度值偏小。

4 結(jié)論

（1）通常設(shè)計(jì)中采用上部支座采用沿桁架縱向滑動(dòng)鉸支座，一般為滾軸支座和橡膠墊支座，可有效釋放溫度及其他偶然荷載作用下引起的位移。

（2）對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行分析得到的內(nèi)力比簡(jiǎn)化分析得到的相差不多，因?yàn)檎w模型中，考慮了風(fēng)荷載效應(yīng)，但水平撐桿具有一定的剛度，分擔(dān)了單榀主桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力，所以得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及撓度值相差不多，這為結(jié)構(gòu)單榀計(jì)算提供了依據(jù)。

（3）在風(fēng)荷載較大的情況下，單取一榀桁架進(jìn)行分析存在不利因素。

（4）鋼管桁架棧橋造型簡(jiǎn)單，相比角鋼桁架棧橋相對(duì)經(jīng)濟(jì)。最為重要的是鋼管桁架棧橋施工方便，但對(duì)于下弦暴露于空氣中的球節(jié)點(diǎn)需要注重防腐。