大直径钢筋混凝土筒仓仓顶结构设计探讨.pdf

煤炭工程 2 0 1 2年第 6期 大 直径钢筋混凝 土筒仓仓顶结构设计探讨 卢鼎鑫 中国煤炭科工集团 北京华 宇工程有 限公 司，河南 平顶 山4 6 7 0 0 0 摘要 以陕西韩城 象山选煤厂原煤仓为背景 ，对大直径钢筋混凝土筒仓仓顶传统倒锥壳结 构形式的优缺点进行 了分析 ，提 出了大直径仓顶采用轻钢结构的设计方法，文章详细介绍了桁架 梁与仓壁的两种连接节点做法，并对两种连接节点的优缺点进行分析 ；并对仓顶钢结构防腐做法 进行 了探讨 ，为以后大直径筒仓仓顶结构形式的设计提供参考。 关 键词 钢桁 架梁 ；仓 顸 ；圆形 筒仓 ；防腐 中图分类号 T U 2 7 2 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 2 0 6 _ 0 2 8 _ 3 Di s c u s s i o n o n S i l o Ro o f S t r uc t u r e De s i g n o f Co nc r e t e S i l o wi t h La r g e Di a me t e r Re i n f o r c e d Ba r s LU Di n gx i n B e i j i n g H u a y u E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L t d ． ，C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g Gr o u p ，P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0 ，C h i n a Abs t r ac t Ta ki ng t h e r a w c o a l s i l o i n Ha n c h e ng Xi a n g s h a n Co a l Pr e p a r a t i o n Pl a nt o f S ha a n x i a s a b a c k g r o u nd，a n a n a l y s i s wa s c o n d uc t e d o n t he a d v a n t a g e a n d d i s a d v a n t a g e o f t h e c o n v e n t i o n a l r e v e r s e d c o ne s h e l l s t r uc t u r e mo de f o r t h e s i l o r o o f o f t h e l a r g e d i a me t e r r e i n f o r c e d b a r c o n c r e t e s i l o ． A d e s i g n me t h o d o f a l i g h t we i g h t s t e e l s t ru c t u r e for a l a r g e d i a me t e r s i l o r o o f w a s p r o v i d e d ．T h e p a p e r h a d a d e t a i l i n t r o d u c t i o n o n t w o c o n n e c t i o n j o i n t me t h o d s o f t h e t rus s b e a m a n d s i l o w a l l a n d h a d a n a n a l y s i s o n t h e a d v a n t a g e a n d d i s a d v a n t a g e o f t h e t w o c o n n e c t i o n j o i n t s ．T h e p a p e r h a d a d i s c u s s i o n o n t h e c o r r o s i o n p r o t e c t i o n o f t he s t e e l s t ruc t u r e for t h e s i l o r o o f ， whi c h c o u l d p r o v i d e t he r e f e r e n c e s t o t h e de s i g n o f t he s i l o r o o f s t r uc t u r e f o r t h e l a r g e s i l o． Ke y wo r dss t e e l t rus s b e a m ； s i l o r o o f ； c y l i nd e r s i l o； c o r r o s i o n pr o t e c t i o n 储煤仓作 为煤炭 行业储 煤 、运转 和贮存 物料 的主要构 件。随着国民经济的快速发展，煤炭行业的生产规模越来 越大，对储煤仓容量的要求不断提高，大容量简仓的应用 已相当广泛 。 钢筋混凝土筒仓在洗选煤厂作为储煤构筑物已经普遍 应 用 ，选煤 厂仓 上结 构一 般为 1～3层钢 筋混 凝土框 架结 构 ，直径大于 1 5 m的筒仓仓顶结构传统采用倒锥壳结构 如图 1所示 ，采用倒 锥壳结构 可 以有效 地减小 了仓顶层 梁的跨度，保证仓顶层结构刚度 ，但是由于大直径筒仓仓 体 结构高 均在 4 0 m以上 ，这样造成 仓顶倒锥壳 支模工 程 量 大 、施 工难度大 、施 工费用 高、施工周期长 。 图 1 仓顶锥壳形式 1 工程概况 2 仓顶结构形式布置 陕西韩城象山选煤厂原煤仓 ，采用预应力钢筋混凝土 仓 ，单排两仓 ，单仓 仓 容量 为 I ． 5万 t ，仓 内直径 为 2 5 m， 壁厚0 ． 3 5 n l ，仓高 4 5 ． 6 m，总高 5 6 ． O O m，仓上结构为三层 钢框架 ，维护结构为彩板维护 。 仓顶采用 5榀 钢桁架梁 H J L 1～3 作 为主要 承重构件 ， 如 图 2所示 。并用 次梁 与桁 架梁 H J L 1～3 相连 ，楼 面 板采用压型钢板 X B 5 1 2 5 07 5 01 ． 4镀锌板 组合楼板， 组合楼板厚度不宜小于 1 5 0 m m。 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 7 作者简介卢鼎鑫 1 9 8 3一 ，男，河南平顶山人，研究生，2 0 0 9年毕业于兰州交通大学桥梁与隧道工程专业，现在中 国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司从事结构设计工作。 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 6期 煤炭工程 _ l 琴 1 ． | 誉 一 次 梁 ‘ 萨 j ／。 器 ／ ／ ／ f ■．w- } ， ／ 1 I 宝 次 梁星 j 士 士 瓯 船 。 _ 次梁 嚼 舂 蠢 l 螽量 重 3 5 0 0 4 0 0 0 5 面 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 2 5 0 0 0 图 2 仓顶钢桁架结构 m m 2 ． 1 桁 架梁与 筒仓连 接 方式 第一种方法将桁 架梁 端 部锚 入仓 顶环 梁 内 如 图 3所 示 施工时可 在环 梁预 留孔 洞 ，要求 环 梁外 侧环 筋 能截 断 ，内侧环 筋截断 ，等桁 架梁 吊装后 ，内侧环 筋与 桁架梁 焊接 ，并 浇筑 C 5 0微膨 胀混凝 土将 洞 口填 实。这样 可 以保 证桁架 梁与仓 顶 圈梁 可靠 连 接。并保 仓壁 环 梁 的完整 性 ， 对仓壁的完整性影响比较小。桁架梁与仓顶环梁可靠连， 形成 了稳定 的结 构层 。另 外可在桁 架顶 和底部 分别 增设加 强筋 ，提高节点 处环梁 刚度 ，对 约束桁架 端部 变形有 很好 的作用 。桁架梁 上 、下弦 节点处 采用 次梁连 接 ，次梁 与桁 架梁连接接头采用摩擦型高强螺栓连接 如图4所示 ，形 成 刚性节点 ，以提高仓顶结构整体稳定性。 仓顶环梁 桁架粱 图 3 桁架梁安装节点详图 m m M ● HJ L 次粱 次粱 ． ．1 1 ． N 善 g 一 _ 。 ／ 【 【 【 2 8 3 2 8 3 【 【 【 ／ d 2 6．0 6 5 7 0 7 0 7 0 7 0 6 5 l 高强螺栓 图 4 次梁与桁架梁连接节点 mm 另一种形式可在仓 顶环 梁 内设 置钢 筋混凝 土牛腿 ，桁 架梁 梁端 支座用螺栓 固定在 牛腿上 ，也可 以直接 焊在牛 腿 顶面的预埋件 上。桁架梁 梁端 支座可 做成一 端铰 接一端 固 定 ，或两端 为 固定 端 ，这种做 法 比较 常见 ，本 文不 在附 图 说明。但是这种 支承形 式虽 然保证 了仓 壁的 完整性 ，但 钢 筋混凝土 牛腿 支模 施工 时难 度很大 ，而且桁 架梁顶 部未 与 仓壁 连接 ，而是 桁架梁 顶之 间采用 次梁 连接 ，未 能与仓壁 形成稳定 的结构层 。 综上所述 ，该 工程采用 第一 种节点 做法 ，并 达 到 了很 好 的效果 。 2 ． 2仓 硕楼 面板 结构形 式 该工程楼面采用压型钢板组合楼面 如图 5所示 。压 型钢板厚度采用 1 ． 4 mm波纹镀 锌钢板 ，楼 承板与 主次梁接 触处应熔焊 ，现浇板与 主次梁接 触处用 2 1 6 5 0 0焊 钉锚 固 如图 6所示 ，钢梁与混 凝土形成 整体 而共 同受力。它 能够按其各组成部 件所处 的位 置和特 点 ，充分 发挥钢 材抗 拉和混凝土抗压性能好 的优点，承载力较高。同时整体稳 定性与局部稳定性均得到改善 ，结构 刚度 较大 。在施工 时 ， 压型钢板可以用作模板 ，加快了施工进度，缩短 了施工周 期，具有良好的经济效益。 图 5 仓顶楼面结构 l 6 柱头焊钉 楼承板每肋2 根 图 6 压型板与钢梁连接 焊钉 设置图 3仓内钢结构 防腐、防火 钢结构 由于强 度高 、 自重轻 、加 _丁和施工 速度快 ，被 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 2年第 6期 广泛应用，但是钢材有两个不足之处。①钢材在空气中易 被氧化成铁锈 ，特别 是在 具有腐蚀 性 的潮湿环 境 内，容 易 使钢材表面产生不均匀的锈蚀，局部不均为锈蚀可引起结 构应力集中，在反复冲击荷载作用下，使钢的疲劳强度降 低，容易出现断裂。②钢材虽然是非燃烧体，但耐火性能 较差，在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性 模量等会明显降低 ，温度到达 6 0 0 ℃左右时 ，会基 本丧 失全 部强度和刚度。无防腐、防火保护措施的钢柱、钢梁很容 易遭到破坏 ，造 成严重 损失 ，因此 必须进 行 防腐 、防火 保 护 。 在工程中，原煤仓 内空气潮湿且具有腐蚀性，所以采 用常用 的是涂层法对 H J L进行 防腐 防火处理 ，基层处 理要 求 s a 2 1 ／ 2级 ，除锈方法采用喷射除锈。选用与钢结构防火 涂料相 配的防锈底漆二遍，厚度不小于 1 2 5 m；桁架耐 火极 限不低 于 2 ． 5 h ，选用厚 型防火涂 料 ；为 防止仓顶 楼板 压型钢板腐蚀，应在压型钢板与仓 内接触一侧刷防腐漆两 遍 ，且厚度不小于 6 0 w m。 4结论 该工程仓顶结 构及仓 上结 构均采 用钢结 构 ，利用 钢 的 上接第 2 7页 允许井底停罐位置再下降，然后，就要求井 口停罐位置逐 渐下降。或者 ，随着残余变形的增加 ，先逐渐下降井 口停 罐位置 ，后下降井底停罐位置也可以。 4具体案例 赤峪矿副井提升高度 6 8 8 m，装备 1套 J K M D一 4 ． 54 Ⅲ E型落地式多绳摩擦提 升机和一 对 1 ． 5 t 双层 四车 四绳 罐 笼 一宽一 窄 ，提 升最大 件质量 2 8 t 含平 板 车 。首绳 选 用进 口钢丝绳 ，直径 q 4 6 m m，根数 4根 ，每根 钢丝绳 钢 丝截面积 8 4 3 m m ，单位长度重量 7 ． 8 3 k m，钢丝绳弹性 系数 1 ． 5 X 1 0 1 0 k m ，抗拉强度 1 7 7 0 MP a ；尾绳选用 1 8 7 2 9 P D C R 8『 41 9 1 1 4 7 0 B型扁钢丝绳，单位长度质量 1 5． 6k m。 通过对几种深井 承接装 置原 理的 了解和 实地考 察 ，最 终 确定采用 C Y一 6 ／ 5型 的 6 0 0轨 距井底摇 台与托 罐装 置合 成的一 个 产 品。井 底 摇 台 参 数 进 车 侧 摇 臂 长 度 L 2 3 0 0 m m；出车侧摇臂长度 L 2 8 0 0 m m；额定托罐力 6 5 0 k N 。 根据洛阳百克特工贸有限公司提供 的已定货钢丝绳参数， 对井底摇台处提升钢丝绳弹性伸长量作了计算罐笼 内外 置换 2辆满载矿车时，摇台调节高度 0 ． 4 1 3 m；提升大件或 重型设备时 ，“ 托罐 摇台”调节高度 0 ． 6 9 5 m。 “ 托罐 摇台”组合产品优越型比较明显下重装备和 普通矿车的工矿分别对待，平时使用摇台，下大件时托罐 3 0 优良性能，在地震作用中允许发生大的变形而结构不破坏， 可以很好 地利 用仓 上结 构 “ 鞭 稍效应 ” 来耗 散地 震 能量 。 并且 ，在仓混凝 土部分 施工 时可 以 同时施 工钢 结构 ，节 约 了施 _T时间 ，加快 了施 工速 度。但存 在着 H J L等 主要承 重 部件钢结构焊接工艺和焊接质量要求 比较高，防腐、防火 做法复杂，日常维护难等特点。为以后设计大直径钢筋混 凝土仓时提供参考 。 参考文献 [ 1 ] 钢结构设计 手册编 委会．钢结构设计 手册 第 三版 [ M] ． 北京 中国建筑工业 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 2 ] G B 5 0 2 0 5 2 0 H D 1 ，钢结构工程施工质量验 收规范 [ s ] ． [ 3 ] G B 5 0 5 8 3 2 0 1 0 ，选煤厂建筑结构设计规范 [ s ] ． [ 4 ] 江声述．大直径筒仓仓顶 结构设计与施工 [ J ] ．煤 矿设计 ， 1 9 9 9， 叭 ． [ 5 ] 高红 斌．浅谈 简仓 仓顶结 构设 计 [ J ] ．建材 技 术与 应用 ， 2 0 1 0， 1 1 ． [ 6 ] 任春 艳 ，任 忠胜 ．浅谈 钢 结构 工 程 防腐 和 防火 处 理方 法 [ J ] ．粮食 流通技术 ，2 0 0 9， 0 6 责任编辑章新敏 与摇台联合使用。正常提升休止时间不受影响；除正常的 提升信号闭锁外，无需绞车配合动作 ；稳罐装置的液压站 单独配置 ，与正常提升操车系统的电控、液压系统独立， 维护方便 ，系统可靠；捕捉可靠，对停罐误差要求低。 5 结语 罐笼 承接装 置参数 及形式 的选择 ，既是 矿井机 械设 计 中不可缺少的项 目之一，又是矿井运行的关键因素。具体 深井罐笼 承接装 置选用 哪种 ，应 在满 足使用 性能要 求及 有 关约束的条件 下合 理地 确定 。 参考文献 [ 1 ] 矿井生产系统设计手册 编委会 ．矿井生产 系统 设计手册 『 M] ．北京 中国经济 出版社 ，1 9 9 8 ． [ 2 ] 贾 福 音．罐 笼 托 罐 装 置 托罐 力 的研 究 [ J ] ．煤 矿 机 械 ， 1 9 9 4， 6 ． [ 3 ] 祝超 ，贾福音 ，姜小 环 ，等．KH T型缓 冲阻 尼 同步 摇 台 的应用研究 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 0 7 ， 3 ． [ 4 ] 景正利．立井多绳大型罐笼结构形式及 主要参数探讨 [ J ] ． 煤炭工程 ，2 0 0 4， 1 O ． [ 5] 李玉瑾． 多绳摩擦 提升 系统动 力学研究 与工程 设计[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ，2 0 0 8 ． 责任 编辑赵 巧芝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m