火电厂汽车卸煤沟结构设计

火电厂汽车卸煤沟结构设计

摘要本文介绍了汽车卸煤沟结构设计思路，并通过midas/gen软件建立的卸煤沟整体模型，对其空间有限元分析结果和土规计算简图结果进行对比分析，提出合理化建议。

关键词汽车卸煤沟；结构设计；空间有限元分析

0引言

常规的卸煤设施包括翻车机室和卸煤沟，其中卸煤沟包括火车卸煤沟和汽车卸煤沟两种，结构上，二者均采用缝式煤槽形式，且二者受力模式较为接近，仅在汽车荷载和火车荷载分布特点上有所不同，汽车卸煤沟结构设计对于火车卸煤沟具有参考价值。

由于汽车运煤机动性强、调度灵活、运输交通设施投资省，又能拉动地方经济，对于机组容量较小的电厂，几乎均采用汽车卸煤沟作为其卸煤设施；对于机组容量较大的电厂，常采用以机械化程度高、对物料块度的适应性强的翻车机室为主，汽车卸煤沟为辅的卸煤设施方案，可见，汽车卸煤沟应用较为广泛。

1 结构布置原则

汽车卸煤沟作为一种工业构筑物，由于生产工艺的要求，其结构布置与普通建筑有较大不同：主体结构处于地下，埋置深度较深，基底标高一般在-10m以下，地上部分是普通的排架结构；平面布置不规则，呈哑铃形，中间较细长，有煤斗，供卸煤用，零米地面设煤篦子；两端膨大，无煤斗，设有皮带驱动设备、张紧设备和检修场地，内部设备的运行、装卸煤等均会对结构产生一定的振动荷载，这形成了其特殊的工艺、力学环境，使混凝土内部应力分布更为复杂。

2 卸煤沟结构设计

目前，卸煤系统设施汽车卸煤沟地下主体结构形式主要有3种：1）大悬板式内煤槽+外板式（与土壤接触的卸煤沟底板和侧壁）；2）大悬板内煤槽+外梁板、柱板式（与土壤接触的卸煤沟底梁板和侧柱板）；3）简支板+小悬板煤槽+外板式（与土壤接触的卸煤沟底板和侧壁）。与第一种形式相比，第二种形式过于复杂、施工比较麻烦，造价也并不节省；第三种形式则在第一种形式上进行了优化，在侧壁中间高度处增加横向支撑，使内煤槽大悬板变成简支板和小悬板，侧壁竖向计算跨度减小了一半，这种结构形式受力明确，合理，节省材料，已广泛应用于电厂中，运行状况良好。

汽车卸煤沟是连续的空间壁板结构，荷载情况及支承条件较为复杂，进行精确的分析计算十分困难，国内外对卸煤沟结构计算方法的研究为数不多。电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL 5022-2012，以下简称“土规”）

中对实际的工程问题作了一些简化，在附录F中给出了卸煤沟缝式煤槽的计算简图和缝式煤槽侧壁的计算公式，由于计算简图没有考虑边界条件的影响，适用范围较小，只适用于跨中部位，计算结果误差较大且偏于保守，造成一定程度的浪费。

同时，土规提出地下建（构）筑物为空间结构，宜采用空间有限元方法进行内力分析，就此原则，在汽车卸煤沟地下主体结构设计时，采用Midas系列软件整体建模，模拟出较为客观、真实的计算环境，对结构进行空间有限元分析，根据分析结果提取内力，进行承载能力和正常使用极限状态验算。在正常使用状态验算时采用PKPM构件工具箱（10版）中的“梁正常使用计算”，将1m板带作为研究对象，调用midas/gen软件中的内力结果辅助计算，采用裂缝控制原则进行配筋，得出合理的截面尺寸。

3空间有限元计算与规范计算方法的比较

土规第7.1.2条规定，“翻车机室和缝式煤槽，当煤斗斜壁连同地下室下部侧壁支承在地面平台或给煤机平台上时，计算侧壁可将平台结构作为水平弹性支承点”。土规中提出的缝式煤槽形式未设置煤槽侧壁与卸煤沟侧壁之间的支撑板和卸煤沟中间高度的横向支撑，土规中的卸煤沟侧壁计算简图如图1，该简图对于跨中有限宽度的竖向截条来说是适用的，但由于没有考虑边界条件的影响，使杆件柔性系数的计算值有很大的近似性，杆件的柔性系数根据地面平台板与给煤机平台板对侧壁的水平弹性支承点在单位力作用下的变位大小来确定，规范中提出按5跨连续梁公式计算或按单跨梁近似计算。

利用土规附录中计算简图在midas/gen软件中，建立一个1m宽的板带模型，在顶端和弯折位置设置为节点弹性支座，底端设置为一般支承；选取某电厂汽车卸煤沟midas/gen模型中煤槽中间部分，煤槽侧壁挑出一侧1m宽度竖向截条作为研究对象，对比两种计算方法在土压力和煤压力作用下的主弯矩见表1。

从表1中可以看出，在土压力作用下，通过土规计算简图计算的结果偏于保守，在斜板跨中、底部和侧壁板顶部的内力值大概是模型计算中的3倍；而在煤压力作用下，土规计算模型里未考虑煤槽下部的挑板，计算模型与实际不符，但在斜板跨中和侧壁板底部，计算结果也大于整体模型中截取的结果。由此可知，通过土规计算简图计算结果偏于保守，虽在结构安全角度考虑，安全性能较高，但由于地下卸煤沟本身侧壁纵向长度较长，埋置深度较大，其总的钢筋混凝土量也较为可观，若将安全系数提高过大，势必会造成一定程度的浪费。

4结论

在汽车卸煤沟的结构设计中，既要充分注意结构安全，又要重视经济分析，节约资源，避免浪费，建议尽量采用结构分析软件建立模型，模拟出较为客观、真实的计算环境，进行空间有限元分析，这种计算方法既考虑了物理变化，又结合变形协调条件的影响，符合实际，大大降低设计人员的工作强度。

参考文献

[1]国家能源局.DL 5022-2012.火力发电厂土建结构设计技术规程.北京：中国计划出版社，2012.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设.部.GB .50010-2010.混凝土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2010.