多跨连续拱形装配式桁架廊道结构、设计方法及装配方法与流程

本发明涉及钢结构输送桁架，更具体地讲，涉及一种多跨连续拱形装配式桁架廊道结构、设计方法及装配方法。

背景技术：

1、以散粒物料作为生产原料或成品的工厂，一般都有大量的输送设备，根据环保的相关要求，架空廊道往往需要设置全封闭的围护结构。架空段的输送设备的支撑结构一般采用多跨的格构式桁架，格构式桁架支撑在格构式的钢支架上。当架空的输送结构受地形地势或已有建筑物的影响时，钢支架的布置位置受限，导致出现跨度差异较大的输送桁架，同时还可能出现相对于临跨来说跨度极大的桁架(一般跨度差异大于2倍)。

2、传统的结构方案有两种：

3、方案一：采用不等多跨简支的结构体系，在各跨输送桁架端部设置铰支座或滑动支座，以简支的方式支撑在中间钢支架的立柱上，结构布置详附图一。此时的多跨输送桁架为多跨简支结构，可以把每段桁架简化成简支梁，这种结构在桁架的两端支座处弯矩为0，跨中弯矩最大，且跨中弯矩跟跨度成平方关系，跨度对弯矩值影响大；根据工程经验，简支输送桁架，各跨的跨度差异不能过大，跨度一般控制在40m以内，这样较为经济；当输送桁架最大跨度超过40m，且为不等多跨时，存在以下问题：

4、1、维护结构处理难度大；大跨度段桁架截断面高度大，而相邻跨的高度相对小很多，两段桁架存在较大的高度差，导致围护结构平面立面不规则，费用高且不容易有好的封闭效果，如果扬灰漏料容易造成环境污染；

5、2、容易造成材料浪费；为方便封闭板材，每段桁架可以设置为一样高，而多段的输送桁架的截断面高度往往取决于跨度最大的一跨，所以不等跨简支输送廊道会造成小跨度的输送桁架截断面高度取较大值，造成一部分的材料浪费。

6、3、桁架自重大；大跨度段输送桁架跨中较大弯矩，导致桁架结构截断面高度大，桁架杆件的截面大，输送桁架自重和钢结构工程量就会随之增大；

7、4、施工难度大；大跨度段输送桁架自重大，在现场高空吊装作业施工时，对吊装机械的要求高，施工安全性能差。

8、方案二：采用相等截断面的多跨连续结构体系，以中间钢支架立柱作为连续桁架的中间支撑结构，如把桁架和支架简化成梁和柱，这样的结构就形同不等跨连续框架结构体系；结构包含连续桁架部分与中间支架部分，连续桁架部分贯穿整个架空的输送廊道。

9、根据结构形式和荷载条件，连续梁在支座位置存在较大的弯矩，跨中弯矩较简支梁的跨中弯矩要小，所以与方案一相比较，布置相对合理，但是此方案布置仍然会存在以下问题：

10、1、小跨度段桁架截断面高度偏大；由于是连续的输送桁架结构，桁架的截断面高度均一致，导致小跨度段桁架截断面高度偏高，造成材料浪费；

11、2、小跨度段材料的强度发挥不足，材料使用量大；大跨度段的桁架在支座左右的较大弯矩，导致相邻跨度较小的桁架在支座处需要采用与大跨度段支座处相同的截面型号，致使整个连续桁架结构用钢量增加；

12、3、因长短跨桁架的支座内力差异大，支架同样存在偏心弯矩；

13、4、施工难度大；对整体输送桁架分段吊装时，由于没有临时支撑点，吊钩不能在桁架定位后立刻松开，施工人员需要在桁架被吊在高空的同时对桁架上下弦杆进行等强拼接，吊装机械需长时间承重工作，施工难度大，施工质量和安全性难以保障。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种多跨连续拱形装配式桁架廊道结构、设计方法及装配方法；通过增加拱形支撑段，改善结构受力性能，有效的提高整体承载能力和结构刚度，降低了施工难度；

2、本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

3、一方面：

4、本发明公开了一种多跨连续拱形装配式桁架廊道结构，包括依次设置的起始段、大跨度段及末段、和位于起始段与大跨度段之间且用于对起始段和大跨度段支撑的加强段一、以及位于大跨度段和末段之间且用于对大跨度段和末段支撑的加强段二；

5、所述加强段一包括安装在起始段与大跨度段之间且竖向设置的钢架一、一端安装在钢架一上且另外一端与起始段底部连接的拱形支撑段一、以及一端安装在钢架一上且另外一端与大跨度段底部连接的拱形支撑段二；

6、所述加强段二包括安装在大跨度段与末段之间且竖向设置的钢架二、一端安装在钢架二上且另外一端与大跨度段底部连接的拱形支撑段二、以及一端安装在钢架二上且另外一端与末段底部连接的拱形支撑段三；

7、所述拱形支撑段一、拱形支撑段二、拱形支撑段三均呈拱形结构；

8、所述拱形支撑段一中拱形结构顶端的延伸线与起始段中上弦杆的中点相交；

9、所述拱形支撑段二中拱形结构顶端的延伸线与大跨度段中上弦杆的中点相交；

10、所述拱形支撑段三中拱形结构顶端的延伸线与末段中上弦杆的中点相交。

11、在一些可能的实施方式中，

12、所述拱形支撑段一包括一端与钢架一连接且位于起始段底部的拱形架一、安装在拱形架一上且与起始段底部连接的加强结构一；

13、所述拱形支撑段二包括一端与钢架一或钢架二连接且位于大跨度段底部的拱形架二、安装在拱形架二上且与大跨度段底部连接的加强结构二；

14、所述拱形支撑段三包括一端与钢架二连接且位于末段底部的拱形架三、安装在拱形架三上且与末段连接的加强结构三。

15、在一些可能的实施方式中，

16、所述拱形架一包括两组平行设置的拱形杆一、位于两组拱形杆一之间且与两组拱形杆一分别连接的连接杆一、以及设置在拱形杆一远离钢架一一端的拼接加强板一；

17、所述拱形架二为包括两组平行设置的拱形杆二、位于两组拱形杆二之间且与两组拱形杆二分别连接的连接杆二、以及分别设置在拱形杆二远离钢架一或钢架二一端的拼接加强板二；

18、所述拱形架三为包括两组平行设置的拱形杆三、位于两组拱形杆三之间且与两组拱形杆三分别连接的连接杆三、以及设置在拱形杆三远离钢架二一端的拼接加强板三。

19、在一些可能的实施方式中，

20、所述拱形架一与钢架一的连接点距离起始段顶部的距离、所述拱形架二分别与钢架一、钢架二的连接点距离大跨度段顶部的距离、所述拱形架三与钢架二的连接点距离末段顶部的距离相等且为f2，f2＝(0.15～0.25)l2,l2为大跨度段的长度。

21、在一些可能的实施方式中，

22、所述起始段包括安装在加强结构一上的连接段一、与连接段一远离大跨度段一端连接的首段；

23、所述大跨度段包括安装在钢架一中加强结构二上的连接段二、安装在钢架二中加强结构二上的连接段三、以及安装在连接端二和连接段三之间的中间段；

24、所述末段包括安装在加强结构三上的连接段四、与连接段四远离大跨度段连接的尾段。

25、另一方面：

26、本发明还一种多跨连续拱形装配式桁架廊道结构的设计方法，

27、步骤s1:确定钢架一和钢架二的安装位置、以及各跨的长度及高度；

28、其中，起始段的跨度为l1，大跨度段的跨度为l2、末段的跨度为l3；起始段、大跨度段、末段跨度比为l1:l2:l3＝(0.4～0.7):1:(0.4～0.7)；

29、步骤s2:确定拱形支撑段一或拱形支撑段二或拱形支撑段三的高度f2，其中，f2＝(0.15～0.25)l2；

30、步骤s3:绘制拱形杆一、拱形杆二、拱形杆三的抛物线函数；

31、步骤s4:分别确定拱形杆一、拱形杆二、拱形杆三的函数曲线、起始点、终点；

32、步骤s5:通过有限元分析，修正拱形支撑段一、拱形支撑段二、拱形支撑段三的起始点和终点。

33、在一些可能的实施方式中，

34、所述步骤s3具体是指：

35、以起始段的上弦杆中点作为拱形抛物线的最高点，绘制拱形杆一的抛物线函数；拱形支撑段一的抛物线函数为：y＝4f2x(l1-x)/l12；

36、以大跨度段中上弦杆的中点作为拱形抛物线的最高点，绘制拱形杆二的抛物线函数；拱形支撑段二的抛物线函数为：y＝4f2x(l2-x)/l22；

37、以末段中上弦杆的中点作为拱形抛物线的最高点，绘制拱形杆三的抛物线函数；拱形支撑段三的抛物线函数为：y＝4f2x(l3-x)/l32。

38、在一些可能的实施方式中，

39、所述步骤s4具体是指：

40、以各抛物线函数与对应的钢架的交点作为对应拱形支撑段的起始点；

41、以各抛物线函数与对应各跨中下弦杆的交点作为该拱形支撑段的终点；

42、确定拱形支撑段中对应拱形杆的函数曲线、起始点和终点。

43、在一些可能的实施方式中，

44、所述步骤s5具体是指：

45、步骤s51:绘制出各拱形杆的线条，连接各拱形支撑段的起始点和终点形成对应直线，作出与该直线中点垂直的另外一条直线，限制圆弧的圆心在此直线上，以各圆心到起始点或终点的长度作为直径作不同半径的圆弧，根据该抛物线函数拟合出圆弧段作为拱形支撑段的形状，确定圆弧段的曲率半径和弧度；

46、步骤s52:确定起始段、大跨度段、末段、加强段一和加强段二中各杆件的大小，判断各拱形杆在各个截面处的内力是否连续、不发生内力的突变,同时判断各拱形杆的最大内力分别与起始段、大跨度段、末段中上弦杆和下弦杆的最大内力相差是否超过20％；

47、如果结果最大内力偏差超过20％，则修正拱形支撑段的失高，同时修正起始点和终点的位置；

48、步骤s53:根据现场装吊装方案，分别计算连接段一、连接段二、连接段三、连接段四、加强段一和加强段二的重量是否在现场吊装机具能力范围内，如不满足则需调整此终点的位置以满足现场吊装机具的要求。

49、最后，

50、本发明公开了一种多跨连续拱形装配式桁架廊道结构的装配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

51、步骤l1：分别进行加强段一与连接段一和连接段二、加强段二与连接段三和连接段四的组装；

52、步骤l2：对步骤l1中的两组结构进行吊装；

53、步骤l3：以拼接加强板一、拼接加强板三作为临时支撑点进行首段、尾端安装；

54、步骤l4：以两组拼接加强板二作为临时支撑点进行中间段安装；

55、步骤l5：起始段、大跨度段及末段内的输送设备及外侧的封闭结构安装。

56、与现有技术相比，本发明的有益效果：

57、本发明根据内力沿整体结构的变化规律来优化结构布置，在结构内力较大处设置拱形支撑段后，内力在各杆件间的传递得到改善，杆件内力不出现内力过大的现象，主要受力杆件的轴力控制在一定的偏差范围内，各杆件的内力偏差小，有利于选择杆件截面；进而有效的使得整体承载力得到提高；

58、本发明在保证高度不变的情况下，按照内力大小及变化规律设置拱形支撑段，优化整体结构不同部位的结构刚度布置，使整体结构刚度得到提高，荷载作用下结构的变形得到有效控制；整体结构刚度大，荷载作用下结构的变形小；

59、本发明通过在在内力较大处，设置拱形支撑段，使各杆件的内力传递得到极大改善，杆件的内力减小，主要结构杆件内力偏差范围小，通长杆件的截面利用率得到提高，相对于传统的桁架布置结构主材钢结构用量减少约15％；

60、本发明通过对起始段、大跨度段、末段进行了拆分，使得装配时减小对吊装设备的需求，在装配时通过设置在拱形杆上设置对应的拼接加强板作为临时支撑点，在吊装定位后，对应跨的下弦杆放置在拼接点加强板上，吊装机械可以完全卸载，便于施工人员以已安装的钢架作为工作面进行现场拼接；使得施工更加方便，大大降低施工难度。