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1、前言
    棧橋一般指形狀像橋的構筑物，車站、港口、礦山或工廠，用于裝卸貨物或上下旅客或專供施工現場交通、機械布置及架空作業用的臨時橋式結構。在土木工程中，為運輸材料、設備、人員而修建的臨時橋梁設施，按采用的材料分為木棧橋和鋼棧橋。輸煤棧橋是煤礦建設中主要的輔助生產構筑物，這些輸煤棧橋大部分采用鋼結構形式。鋼結構具有材料強度高、質量輕等特點，適用于大跨度結構；大量的鋼結構一般在專業化的金屬結構廠做成構件，在工地拼裝，施工周期短。由于以上兩個特點，煤礦建設中越來越多地采用鋼結構棧橋。目前國內大跨度輸煤棧橋結構形式一般采用鋼桁架結構，這種結構有成熟的應用經驗。本工程采用鋼結構平行弦棧橋。
在棧橋設計之前應先行了解工藝布置簡圖及所需結構形式。在常規設計中，桁架主要有平行弦式和下撐式2種結構形式。平行弦桁架的支座位于下弦兩端節點，故在其高度范圍內，桁架可用于圍護結構的側墻骨架；當采用平行弦桁架時，為保證結構的整體穩定，一般應在兩端設門形剛架，在桁架的上弦和下弦處，宜通長設置桁架間縱向水平支撐，同時設置橫向垂直支撐。而下撐式桁架的支座位于上弦端節點，由于其自重對結構穩定有利，故在桁架之間，沿全長設置上下弦縱向水平支撐，同時設置橫向垂直支撐即可；下撐式桁架的結構形狀，更接近構件的彎距包絡圖，受力更合理。綜合考慮2種桁架形式，因本工程采用露天棧橋，不需側向圍護，但考慮到桁架跨越河道，應滿足桁架下弦底面至河面最高水位凈高要求，故采用平行弦桁架結構形式。同時，由于凈高的要求，造成棧橋下側支柱較長，很難滿足強度要求，故將此桁架兩端支座做成三角形桁架式。此時，既可以滿足下側支柱強度要求，又有利于桁架計算跨度的減小。
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2、桁架結構設計
    本工程是跨越河流的一段輸煤棧橋，為露天式棧橋，跨度116米，矢高9米，橋面寬度8米，坡度為0度。桁架主體構件有上弦鋼梁、下弦鋼梁、上下弦之間的腹桿、橋體兩端的框口柱、框口梁、橋面及頂面的鋼梁及水平支撐、兩榀桁架之間的垂直支撐。橋面滿鋪花紋鋼板，管狀皮帶支腿間距為18m，支承于樓面鋼梁之上。桁架上下弦鋼梁及框口柱、框口梁均為焊接H型鋼。腹桿中的豎桿采用國標H型鋼，斜桿采用等肢雙角鋼。棧橋樓面恒載即為花紋鋼板自重、其下的加勁肋自重、樓面水平支撐自重、樓面鋼梁自重及管狀皮帶支腳傳來的荷載。棧橋樓面活載即為檢修荷載，取為2kN／m2。屋面恒載包括屋面水平支撐自重、屋面鋼梁自重；由于本工程棧橋不封閉，故屋面活載可不考慮。該地區基本風壓為0. 45kN／m2 (n=50，B類場地)；基本雪壓0. 40kN/m2 (n=50)；抗震設防烈度為6度；設計基本地震加速度為0. 05g;設計地震分組為第二組。建筑場地類別為Ⅱ類。
3、計算模型
3.1平面模型
    桁架計算一般可將空間體系轉換為平面體系進行計算，棧橋側向兩個單榀桁架承受由屋面和樓面傳來的豎向荷載。棧橋兩端支座處由兩個平面剛架承受兩個側面垂直桁架傳來的垂直和水平荷載。在PKPM (STS)中，取輸煤棧橋單側桁架建模。建模類型選擇桁架，將棧橋樓面及屋面恒載及活載的一半布置到桁架上下弦的節點處，桁架左側為固定鉸支座，右側為滑動支座。如圖2所示。
4、計算結果及分析
4.1結構動力特性分析
    結構自振特性是結構固有動力指標，是自由振動時結構周期、頻率及振型。自振周期主要取決于結構的組成體系、質量、剛度、質量分布以及支撐條件等，同時自振特性也是進行動力分析的基礎。結構動力分析中最基本的問題是計算自振頻率和振型以及阻尼。由于阻尼對結構自振特性的影響很小，因此在求結構的自振頻率和振型時，通常忽略阻尼的影響。結構固有頻率和振型采用模態分析確定。
    SAP2000軟件提供兩種方法進行模態分析，特征向量法和Ritz向量法。目前SAP2000程序常使用相對穩定的子空間迭代法進行特征向量分析。本工程即采用這種方法對空間桁架計算模型進行模態分析。
    結構的固有頻率先出現在剛度較小的方向和部位，對本工程的鋼棧橋來說，豎向剛度較弱，所以一階振型為Z向的平動振型，即在豎向面內發生平動位移。水平振型出現在第二階，說明豎向及水平向剛度基本均勻，剛度布置較為合理。第一振型周期為T1=5. 48755;第二振型周期為T2=5. 34041;第三振型周期為T3=2. 74702。
4.2位移計算
    恒載與活載作用下的節點位移相差不大，由于整體計算考慮變形協調，
    所以SAP2000計算的位移值略小。
  表1恒載標準值+活載標準值的部分節點位移(STS/SAP2000)
  考慮到結構跨度較大，應預先起拱。棧橋桁架受活載影響較小，故以恒載產生的豎向位移為準對桁架進行反向拱。
  4.3應力比計算
    下弦計算部分桿件應力比值，如表2所示。
    同樣的桿件型號，SAP2000應力比計算結果均比STS的結果小，表明
STS計算確定的桿件尺寸有一定余度。
4.4支座的處理
    由于本工程桁架很長，在恒載及活載作用下產生的水平位移已經非常大，再則受溫度荷載的影響不容忽視，綜合上述各種工況，在右側支座端部產生的位移可達240mm。普通的輥軸支座處理大位移較為不合理，故選用橋梁專業上普遍使用的橡膠支座，取得了良好的使用效果。
4.5側向水平荷載的探討
    本工程由于棧橋不封閉，僅有鋼桁架骨架。但由于長度超長，水
平風荷載及地震作用對其影響不能忽略。風荷載可根據《建筑結構荷載規范》GB50009-2001中表7.3.1的第32項確定桁架的體型系數。而后可采用虛面的方法進行風荷載的施加。
    地震作用直接在SAP2000中采用振型分解反應譜法進行計算。
4.6基礎設計的探討
   本工程棧橋共有4個支腿，左側兩個支腿采用固定鉸支座，右側兩個支座采用滑動鉸支座。每個支座下側采用承臺樁基礎結構形式。由于在水平荷載的作用下，棧橋支座下側將產生方向相反的X向及Y向水平剪力。故在設計樁基礎時不宜將棧橋某一側兩支座的承臺做成整體，因此時樁所受的水平剪力將不清晰。宜將各支座承臺分別進行設計，使其受力更加合理。
5、結論
    對于鋼結構超長棧橋的平面計算，由于結構體系拆分較多，計算簡圖之間的變形協調關系難于準確把握，容易導致構件設計偏于保守。
    采用SAP2000進行空間計算分析，與傳統平面設計方法相比，力學概念明確，從整體分析空間受力情況，計算結果更為合理準確，不易出錯。且可以考慮多種工況的組合，更容易把握結構特性。但應注意對分析結果進行判斷，避免由于不恰當的簡化導致錯誤的結果。