胶带输送机通廊支架地震作用计算方法的探讨

胶带输送机通廊支架地震作用计算方法的探讨

中煤国际工程设计研究总院󰀁周维娟

摘󰀁要󰀁本文通过工程设计实例,论述了胶带输送机通廊支架在地震作用下,采用空间整体概念进行地震作用的计算方法。

关键词󰀁通廊支架󰀁地震作用󰀁计算方法中图分类号󰀁TU279.7󰀁󰀁文献标识码󰀁A

󰀁󰀁胶带输送机通廊是煤炭行业常用的构筑物。其体型细长、高度较高、自重较小,且多数情况下有角度,除垂直方向使用荷载外,在地震区,地震主要为水平荷载。以往的设计中,确定支架自振周期及地震作用时,横向常将一条通廊按支架分割成几片,用PK(平面框架计算程序)计算各单片的自振周期及地震作用(水平荷载实际上是按受荷面积分配)。虽然支架的高度、刚度各不相同,但由于通廊的上部建筑将支架连成整体,使通廊成整体震动,而整体震动水平荷载是按刚度分配的,尤其对于有角度的通廊(各支架刚度差别较大),用PK计算存在问题是显而易见的,因而应该按整体式计算方法计算自振周期及地震作用。以下通过实例对上述两种方法的计算结果进行分析比较。1󰀁有关计算方法的一些说明1󰀁1󰀁常用计算方法

将垂直荷载按受荷面积分配给每片框架,用PK计算。

1󰀁2󰀁横向整体式计算方法1󰀁2󰀁1󰀁基本假定

(1)通廊相当于支承在弹簧支座上的梁,其质量分布均匀,各支架1󰀁4的质量作为梁的集中质量。

(2)以抗震缝分开部分为计算单元。

(3)端部条件:将与建筑物连接或落地端视为铰支,与建筑物脱开端视为自由。

(4)支架固定在基础顶面上。

(5)计算座标原点的选取:一端自由,一端铰支时,取铰支端;两端铰支时,取低端;两端自由时,取悬臂较短端;悬臂相等时,取较低端。

1󰀁2󰀁2󰀁计算公式(󰀁构筑物抗震设计规范󰀁GB50191󰀁

93中16󰀁2)

2󰀁基本资料

地震烈度:八度;场地土类别:󰀁类;基础埋深:2m;基础高:0󰀁6m;

屋面荷重:恒载4󰀁5kN󰀁m󰀁活载0󰀁7kN󰀁m;

22

楼面荷重:恒载3󰀁1kN󰀁m󰀁活载3kN󰀁m;通廊宽度:3m;高度2󰀁5m;倾角18󰀁;围护墙:240mm厚砖墙;屋面挑檐挑出宽度:0󰀁5m。

在计算地震作用时,重力荷载代表值中的活载组合系数取0󰀁5,在计算m1时已计入。3󰀁计󰀁算3󰀁1󰀁计算简图

情况(1):两端简支(见图2)。

情况(2):󰀁轴支架3󰀁89m标高无梁,其余同(1)。

情况(3):两端自由(见图3)。3󰀁2󰀁荷载及其它基本参数计算

250mm󰀁400mm梁自重:

󰀁55󰀁2

2

图1󰀁一端自由、一端铰支的计算简图

总地震力作用计算:两端简支的结构,中间有两个支承,且跨度相近时,可仅取前两个振型叠加;中间有一个支承且跨度相近时,可仅将第一、第三振型叠加;其它情况均取前两个振型叠加(均方根法)。本计算中没有考虑两端支承建筑的动力特性对通廊支架的影响。

问题探讨󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁煤󰀁炭󰀁工󰀁程󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2002年第1期

纵向大梁传给󰀁󰀂轴支架:G=39󰀁2󰀁12=470kN;

P=5󰀁9󰀁12=71kN󰀁用于(1)、(2),见图2;G=39󰀁2󰀁8󰀁5=333kN;

P=5󰀁9󰀁8󰀁5=50kN󰀁用于(3),见图3。󰀁轴支架总重

m1支=2󰀁5󰀁3+8󰀁75󰀁5󰀁29󰀁2=100kN

=10000kg;󰀁轴支架总重

m2支=2󰀁5󰀁3+8󰀁75󰀁9󰀁2󰀁2=168󰀁5kN

=16850kg󰀁用于(2);

m2支=2󰀁5󰀁3󰀁2+8󰀁75󰀁9󰀁2󰀁2=176kN

=17600kg󰀁用于(1)、(3)。

图2󰀁两端简支的计算简图

各轴支架侧移刚度(用SAP90计算,与D值法手算的结果很相近)。

󰀁轴支架

k1=1󰀁78󰀁10N󰀁m󰀁用于(1)、(2)、(3);󰀁轴支架

k2=0󰀁47󰀁10N󰀁m󰀁用于(1)、(3);k2=0󰀁39󰀁10N󰀁m󰀁用于(2)。查GBJ-11-89表4󰀁14-2:󰀁类场地土;近震󰀁Tg=0󰀁3s;混凝土C20;E=2󰀁5󰀁10N󰀁m。

3󰀁3󰀁横向整体式地震作用及柱底弯矩的计算结果横向整体式地震作用及柱底弯矩的计算结果见表1,PK计算的地震作用及柱底弯矩见表2。

10

2

777

图3󰀁两端自由的计算简图

4󰀁计算结果分析

在情况(1)中:󰀁轴支架PK计算柱底弯矩比整体式计算小40%;󰀁轴支架大50%,总地震作用小22%。

在情况(2)中:󰀁轴支架PK计算柱底弯矩比整体式计算小42%;󰀁轴支架大51%,总地震作用小26%。

在情况(3)中:󰀁轴支架PK计算柱底弯矩比整体式计算大10%;󰀁轴支架大65%,总地震作用大20%。

从以上比较中看出,对两端均与建筑物相邻的中间支架,由于PK计算没有考虑廊身刚度的影响,使得计算周期偏长,总地震作用偏小,而地震作用又没有按各支架刚度分配,使得刚度大的󰀁轴支架地震作用组合承载力严重不足,而刚度小的󰀁轴支架则造成浪费。按PK计算方法设计,一旦出现地震,

0󰀁25󰀁0󰀁4󰀁25=2󰀁5kN󰀁m;350mm󰀁1200mm梁自重:0󰀁35󰀁1󰀁2󰀁25=10󰀁5kN󰀁m;500mm󰀁700mm柱自重:0󰀁5󰀁0󰀁7󰀁25=8󰀁75kN󰀁m;2󰀁5m高、240mm厚砖墙自重:5󰀁24󰀁2󰀁5=13󰀁1kN󰀁m。

纵向大梁每延米所受荷载(垂直方向):屋面传来󰀁4󰀁5󰀁(1󰀁5+0󰀁5)󰀁cos18󰀁=9󰀁46kN󰀁m;楼面传来󰀁3󰀁1󰀁1󰀁5󰀁cos18󰀁=4󰀁89kN󰀁m;240mm厚砖墙传来󰀁13󰀁1󰀁cos18󰀁=13󰀁8kN󰀁m;梁自重󰀁10󰀁5󰀁cos18󰀁=11󰀁0kN󰀁m;总静载󰀁39󰀁2kN󰀁m;活载󰀁0󰀁7󰀁2+3󰀁1󰀁5=5󰀁9kN󰀁m。󰀁56󰀁2002年第1期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁煤󰀁炭󰀁工󰀁程󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁问题探讨刚度最大的󰀁轴支架,由于吸收了较大的地震作用,首先破坏,接着是刚度次大的支架破坏;对两端自由的支架,则造成浪费。故在今后的计算中,应该使用

󰀁表1

(1)

每个支架刚度(N󰀁m)每个支架质量(kg)廊身单位水平投影长度质量

(kg󰀁m)

k1=1󰀁78󰀁107m1支=1󰀁0󰀁104

k2=0󰀁47󰀁107m2支=1󰀁76󰀁104

k1=1󰀁78󰀁107m1支=1󰀁0󰀁104

横向整体式方法计算地震作用和其它荷载组合进行支架设计,这样才能确保胶带输送机通廊在地震时安全。

(2)

k2=0󰀁39󰀁107m2支=1󰀁69󰀁104

k1=1󰀁78󰀁107m1支=1󰀁0󰀁104

(3)

k2=0󰀁47󰀁107m2支=1󰀁76󰀁104

横向整体式计算表

mL=8430

第一振型

mL=8430mL=8430

󰀁a1󰀁a1C1Y1Im1K1T1󰀁1󰀁1

重力荷载代表值(N)

地震力(N)

G11=1󰀁83󰀁106F11=1󰀁67󰀁105

Y11=0󰀁85

0󰀁490󰀁631󰀁0

Y12=0󰀁85

Y11=0󰀁85

0󰀁490󰀁631󰀁0

Y12=0󰀁85

Y11=0󰀁385

0󰀁500󰀁671󰀁0

Y12=0󰀁952

1󰀁54󰀁1051󰀁62󰀁107

0󰀁610󰀁0841󰀁28

G12=0󰀁49󰀁106F12=0󰀁45󰀁105

1󰀁54󰀁1051󰀁56󰀁107

0󰀁620󰀁0831󰀁28

G11=1󰀁91󰀁106F11=1󰀁72󰀁105第二振型

G12=0󰀁39󰀁106F12=0󰀁35󰀁105

0󰀁76󰀁1050󰀁61󰀁107

0󰀁700󰀁0751󰀁33

G11=1󰀁59󰀁106F11=0󰀁61󰀁105

G12=0󰀁42󰀁106F12=0󰀁39󰀁105

󰀁a2󰀁a2C2Y2Im2K2T2󰀁2󰀁2

重力荷载代表值(N)

地震力(N)总地震力(N)

各个支架柱底弯距(kN-m)

Y21=0󰀁81

0󰀁4501󰀁4

Y22=-0󰀁81

Y21=0󰀁81

0󰀁4501.4

Y22=-0󰀁81

Y21=1󰀁11

0󰀁500󰀁351.0

Y22=-0󰀁386

1󰀁41󰀁1052󰀁07󰀁107

0󰀁520󰀁098-0󰀁01

1󰀁41󰀁1052󰀁00󰀁107

0󰀁570󰀁09-0󰀁01

0󰀁756󰀁1052󰀁24󰀁107

0󰀁360󰀁120󰀁68

G21=5󰀁08󰀁105F21=4󰀁6󰀁104

76M底1=136

G22=1󰀁31󰀁105F22=-0󰀁41󰀁104

39M底2=72

G21=-2󰀁6󰀁104G22=-0󰀁66󰀁104G21=-2󰀁2󰀁104G22=-0󰀁49󰀁104

F21=21167M底1=300

F22=-545M底2=93

F21=16172M底1=307

F22=-435M底2=99

󰀁󰀁󰀁表2横向PK计算表

支架地震周期

地震作用(kN)

10165101538454

柱底弯矩(kN-m)179140179149150119

󰀁󰀁

参考文献

情况(1)情况(2)情况(3)

支架󰀁支架󰀁支架󰀁支架󰀁支架󰀁支架󰀁

(s)0󰀁540󰀁880󰀁541󰀁470󰀁460󰀁75

1󰀁建筑抗震设计规范GBJ11-89,19892󰀁构筑物抗震设计规范GB50191-93,1994

3󰀁张家康,矿山特殊结构设计,中国矿业大学出版社,1991

(责任编辑󰀁马光辉)

󰀁57󰀁