兴保铁路储运装大跨度柱面网壳设计

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84 m,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,并提出一些关键建议.
【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37.0 m，跨度84.0 m，每个长137 m，中间设
11 m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6.8 m。

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20 mm，相邻支座不均匀沉降
4 mm，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12 m,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之上。

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20.64，20.84。

由以上分析可知:
1)在弹性非线性分析中，非不利状态荷载模式为恒荷载+半跨荷均布活荷载。

2)弹性非线性分析及线性屈曲分析情况下，两种初始缺陷所得结果基本相同，均满足要求。

5 结语
1)设计过程中应根据工程具体情况考虑适当的支座形式。

2)网壳设计中，风载体型系数选取应按照风洞试验或相类似工程试验选用。

3)网壳结构体型风荷载取值:顶部取风吸力峰值，各个角度迎风面正压区在底部取
得峰值;结构风振系数βz可取1.65。

4)稳定性特点:考虑几何非线性的荷载—位移全过程分析和线型屈曲分析，前者安
全系数低于后者，但均大于规范的限值。

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