煤棚上部拱形屋盖结构的设计要素

在山西晋城有很多煤棚使用了拱形波纹钢屋盖结构,这种煤棚的面积和跨度都非常大,所以煤棚上部屋盖结构设计显得尤为重要,今天杰达钢构的技术员邵家玲就给大家讲一讲上部唔该结构的设计要素。

拱形波纹钢屋盖结构一般在两拱脚处通过布置在柱顶边梁上的连接角钢与下部支承结构相连,这种连接构造只能约束拱脚的平动位移,转动约束刚度很小,所以可简化成固定饺支座。若考虑柱顶水平位移的影响,可进一步将下部结构对屋盖的支承作用简化成具有一定水平支座位移的固定铰支支座。由于在规范允许的范围内,柱顶水平位移(即屋盖支座水平位移)对屋盖承载力的影响不大(在5%以内),所以《规程》限制了屋盖支座处的水平相对位移,而在屋盖结构分析中不再考虑支座位移的影响。这样屋盖结构便成了两边固定铰支的筒壳结构。

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对于结构纵向长度对结构承载力的影响,《规程》规定当跨度不大于24m时,屋盖的纵跨比不宜小于0.5,当跨度大于24m时,纵跨比不宜小于0.8。当屋盖结构满足上述要求时(这个要求在实际工程中很容易达到),便可忽略结构的纵向作用以及屋盖山墙支承作用的影响,将屋盖简化成拱形结构进行计算。

《规程》对于构件板件上横向小波纹的影响采用了等效正交异性化方法,具体在建立拱计算模型时运用了一个技巧,即按照等刚度原则改变等效后平板的厚度,而不改变等效后平板的弹性常数,这样可将拱板截面等效成板厚变化的不带波纹截面,这种做法使得平截面变形假设仍然成立,而且物理意义明确。另外,计算表明:采用这种方法等效后的结构截面刚度降低很多,甚至比采用有效宽度法考虑不带波纹的平板局部失稳问题对结构刚度的削弱更大。而理论及试验均已表明,波纹板的局部稳定承载力远较平板的局部稳定承载力大,因此《规程》的做法很巧妙地处理了这种结构的局部稳定问题。

对于结构整体承载力的判断,《规程》给出的是一套基于结构一阶分析的简化设计方法。该方法只需对结构进行一阶分析,求出结构的一阶内力,便可推导出结构的二阶内力,并进而判断结构的安全性。