1、火力发电厂输煤栈桥结构形式及选型摘要：介绍了火力发电厂输煤系统及输煤栈桥的特点，通过对目前常用的及新型的栈桥及其维护结构的特点和适用条件进行概括性、经济性及适用性的比较，提出了大型火力发电厂栈桥结构选型的基本原则及发展趋势。 关键词: 火力发电厂、输煤栈桥、结构形式、选型原则、发展趋势 中图分类号：TM62 文献标识码： A 引言 在火力发电厂中，输煤系统作为发电厂的重要环节，在发电厂中起着举足轻重的作用。输煤系统运行和维护状况的好坏是保证火电厂供电能力及安全性的重要因素之一，也是机组稳定运行的重要保证。没有安全可靠的供煤保证，就不可能保障机、炉、电的稳定运行。 过去，我国发电企业以中小型火电
2、厂为主，输煤系统比较简单，输煤栈桥的高度及跨度也小，型式较为单一，多采用混凝土结构。由于机组容量不断上升、输送系统的发展和工艺设备的改进，大跨度、高支架的输煤栈桥以及复杂的转运站不断增多，因此，混凝土结构已不能完全相适应，各种新型结构形式的栈桥得到了广泛应用。20 世纪 70 年代以前，大跨度的栈桥多采用角钢或其它型钢桁架。 近年来，我国电力发展速度加快，火电厂目前主流机型以600MW、1000MW 级机组为主。在大型火力发电厂设计中，火电厂煤场及输煤栈桥的布置对整个火力发电厂厂区的优化有着重要的影响，因此，在煤场布置过程中出现了一些不同结构形式和功能各异的输煤栈桥与之相适应。通常,大型火电厂
3、输煤栈桥的土建投资高达亿元, 经过分析比较，栈桥结构型式对投资影响一般在 15%30%左右；因此在进行设计的时候，对栈桥结构型式选择进行深入探讨很有必要。 输煤系统及输煤栈桥的特点 输煤系统是火力发电厂的重要组成部分，通常包括接卸厂外来煤系统、卸煤系统、煤场及贮煤设施、输送系统、筛碎系统、混煤系统及输煤系统辅助设施等几个主要部分。 输煤系统特点 输煤系统平面布置占地面积大，竖向布置空间高，有的煤场或翻卸系统布置于几公里远的厂外。整个输煤系统往往长达几百米或几千米，单段栈桥长度常常少则几十米，多则几千米；竖向布置从地下 20 多米至地面以上 6070 多米，单跨有时会达到 70 多米或上百米，这
4、就要求我们在设计工作中需要全面考虑，合理设计，使输煤栈桥满足平面、空间的要求；同时，布置要合理，结构要安全、可靠，并实现经济、适用的要求。 输煤栈桥组成及特点 大型火电厂的输煤栈桥具有高度高、跨度大、节点复杂、型式多样、土建投资高等特点。输煤栈桥不同于其他建筑物，其平面呈细长条型，立面上通常为倾斜形式。栈桥主要由跨间承重结构、支架及围护组成。不同结构形式的栈桥，其跨间承重结构不尽完全相同，主要有钢筋混凝土结构、钢桁架结构、钢管桁架结构、网架结构等几种形式。支架结构型式主要有钢筋混凝土结构（现浇结构、预制结构） 、钢结构、钢管混凝土结构以及砌体结构等几种形式。输煤栈桥的封闭围护结构主要有两种：型
5、钢骨架抹钢丝网水泥板和型钢骨架外挂压型钢板。 栈桥的宽度由输煤工艺专业根据相关设计标准、规范及用户的一些相关要求确定并提出。栈桥的高度主要取决于栈桥的布置角度及跨度，也是由输煤工艺专业根据总平面的布置进行规划及提出。但栈桥的跨度应由土建专业根据地形、场地、下部的建构筑物布置，公路、管网、工艺流程、栈桥的总长度，是否有胶带拉紧装置间、检修间等设施，栈桥所用钢材的经济性、制造和施工等进行综合考虑。 输煤栈桥跨间承重结构的几种形式 栈桥结构型式选择与工艺条件、地质条件、抗震设防烈度、气象条件、栈桥跨度、栈桥面高度, 建厂地区经济条件等诸多因素有关。输煤栈桥常用的结构型式可分为砖混结构、混凝土结构和钢
6、结构等几种。 砖混结构输煤栈桥在大型火力发电厂中几乎很少应用，文中不再叙述。混凝土结构输煤栈桥主要可分为（现浇）钢筋混凝土框架结构和（预制）钢筋混凝土桁架结构两种形式。钢结构输煤栈桥目前应用越来越多，主要可分为型钢桁架结构、钢管桁架结构、网架结构、机架与栈桥合一等多种形式。 钢筋混凝土框架结构 钢筋混凝土框架结构栈桥是承重结构采用钢筋混凝土现浇支架，现浇钢筋混凝土梁及板，围护结构采用空心砖砌体或其它轻型砌体的一种结构形式，主要适用于标高低、跨度小或皮带不需全封闭的栈桥，北方严寒地区应用较多。结构形式如下图。 钢筋混凝土框架结构 优点：整体性好，成本较钢结构低；防水、密封性能好，便于水冲洗和维护
7、；便于保温，比较适合北方严寒的气候。 缺点：栈桥总高度超过 24 米时不便于支模板；常用跨度在 9m 左右，柱距比较近，栈桥下面空间利用性有限；养护期长；当采用底板保温层内做的时候，皮带机支腿的埋件必须穿过保温及防水层，容易造成破坏，长期会漏水。 框架结构输煤栈桥在设计时应根据使用要求，在经济合理、施工方便的前提下，合理地布置板与梁的位置、方向和尺寸，布置柱的位置和柱网尺寸等。 钢筋混凝土桁架结构 钢筋混凝土桁架是目前较普遍使用的一种结构型式，多用于屋架、塔架，有时也用于栈桥和吊车梁。由于钢筋混凝土桁架的拉杆在使用荷载下常出现裂缝，因而仅用于荷载较轻和跨度不大的桁架。桁架的形式决定于桁架的用途
8、、荷载的性质和分布、制造、运输和吊装条件及合理的技术经济指标等条件。预应力钢筋混凝土桁架的结构型式虽与非预应力钢筋混凝土桁架相同,但使用的跨度却比非预应力桁架大，钢材消耗量少，较为经济，应用也比较多。由于钢筋混凝土桁架自重大，施工不便，火电厂目前应用比较少。 输煤栈桥钢筋混凝土桁架结构按桁架与柱子的关系分为上承式和下承式两种，如附图所示。 上承式下承式 下承式桁架主要用于桁架矢高与栈桥净高相差较大或采用三铰拱型薄壳围护结构将屋面板和侧围护结合为一体时。三铰拱型薄壳一般用土胎模生产，施工有一定难度，且桁架外露影响美观，因此工程中较少采用这种结构。 上承式桁架用预制屋面板支承在上弦，围护结构支承在
9、腹杆上，桥面板通过下弦支承，是工程中采用较多的一种结构型式。 型钢桁架结构 型钢桁架是由弦杆及腹杆组成的空腹式钢结构件，通常用作结构梁。根据桁架与柱子的关系也分为上承式和下承式两种，同“钢筋混凝土桁架结构” 。 上承式输煤栈桥，支座位于下弦两端的节点处，走道板采用钢筋混凝土板桥面，封闭式栈桥常常采用此种形式。下承式输煤栈桥，支座位于上弦两端的节点处，走道板采用钢格栅板桥面，露天式栈桥常采用此种形式。 型钢桁架输煤栈桥的特点是型钢材料加工制作容易、自重轻、抗震性能好、布置比较自由、施工周期短；单段可取较大跨度，解决了输煤栈桥支架数量多，布置密，影响厂区通道、建( 构) 筑物的问题，同时大跨度布置
10、时支架数量很少，从外观上显得美观、轻巧，与厂区整体更协调；各种管线可以在桁架腹杆的内空中穿行，从而提高室内空间的利用率；悬挂荷载、管线及吊顶可以直接作用在桁架的下弦，节省了悬挂梁和吊顶龙骨等次构件；由于存在节点板，外观不美观，自重较大；受力点集中，一旦质量控制不严，容易发生质量事故。主要用于栈桥面高，或布置上需要设置成大跨度的情况，尤其是地质条件较差，施工条件受限制时。根据设计经验,钢材消耗最少的桁架轴线高度 H 与跨度 L 的比为H/ L=1/101/12。 桥面板一般采用现浇钢筋混凝土板或预制板, 封闭栈桥围护结构同钢筋混凝土桁架结构栈桥。为了充分体现轻巧美观, 栈桥围护一般多采用彩色压型
11、钢板。 钢管桁架结构 钢管桁架栈桥是钢结构栈桥中的一种特殊形式，其采用钢管空心球桁架代替传统的型钢桁架。其特点是设计、制作、安装简单，用钢量省，同时在构造设计时，避免了难于刷漆或积留灰尘的死角，便于维护。 封闭式钢管桁架栈桥是由一个受力桁架和上、下弦风撑桁架组成的空间桁架体系。空间桁架内部无交叉支撑，为避免上、下弦风撑桁架在风载作用下产生错动，栈桥桁架的端部及支座位置设置封闭刚架。栈桥桁架的墙身和屋面通常采用金属夹芯板围护，荷载较小，栈桥的主要荷载混凝土楼板、煤及皮带机等都集中在桁架下弦，因此承重桁架的布置通常为平面桁架。桁架的高度可取桁架跨度的 1/121/8 并应满足工艺检修要求，网格宽度
12、通常取为 2.0 m3.0 m ，桁架网格宽度应与桁架高度协调，尽量使斜腹杆与上下弦的夹角在 3060之间。 露天式钢管桁架栈桥（如下图）是桁架的上下弦及腹杆全由钢管组成，腹杆按与上下弦的相贯线切割下料，直接焊在上下弦钢管上，不用节点板，简单省料。桁架的高度及跨度与荷载的大小和使用要求有关，根据计算结果表明，用于栈桥的空间桁架，高跨比选用 1/16.71/17.5均能满足强度及变形要求。 网架结构 网架是由平面桁架发展而来，是由复杂的杆件系统组成超静定次数极高的空间结构。在节点荷载作用下，网架的杆件主要承受轴力，能够充分发挥材料的强度，自重轻，较为节省材料。网架结构各杆件互相起支撑作用，故其整
13、体性强、稳定性好、空间刚度大、抗震性能好，支承跨度更大，用料更省。网架的结构高度较小，可有效利用建筑空间，且能利用较小规格的杆件建造大跨度结构，还具有杆件类型统一、便于工业化生产、可地面拼装再整体吊装等优点。网架杆件多为钢管或角钢制作，节点多为空心球节点或钢板焊接节点。 网架的设计及制作与网架型式、网架高度、腹杆布置、建筑平面形状、支承条件、跨度大小、屋面材料、荷载大小、有无悬挂吊车、施工条件等因素密切相关。 钢桁架输煤栈桥为平面结构，需靠水平支撑体系和端门架才能形成整体稳定和抗震能力，斜栈桥的楼层钢粱为双向受力且不经济。工程实例表明，用网架结构代替大、中跨桁架结构已显示出很大优势，且利用输煤
14、栈桥的外露网架支承管道和电缆廊道，省去了沿线的管道和电缆廊道的支承结构。栈桥的封闭与否对网架栈桥的形式选择起着决定性作用。封闭输煤栈桥可分为箱体网架、楼层平板网架加轻钢拱顶形式；对于露天输煤栈桥，因无侧封，采用单层平板网架形式。网架栈桥的栈桥柱可以采用钢结构柱、钢筋混凝土柱或钢管混凝土结构柱。 机架与栈桥合一 近年来，输煤栈桥在设计中出现了采用输送机机架与输煤栈桥钢桁架合为一体的新型全钢结构栈桥形式，打破了栈桥设计的传统思路。新型全钢栈桥采用钢桁架，一种结构形式如下图 1，采用两品桁架与带式输送机机架布置在同一位置，并利用桁架上玄槽钢作为输送机中间架，取消了带式输送机中间架和支腿；另一种结构形
15、式如下图 2，采用钢管做为承重桁架与带式输送机机架布置在同一位置，取消了带式输送机中间架和支腿；这两种机架合一设计理念的栈桥具有自重轻、工业化程度高、投资少,可重复利用性高、维护简单、降低了工程的综合造价，加快了输煤系统的安装进度，缩短了工期。 图 1 图 2 技术经济比较 在栈桥跨度、宽度及使用条件相同的情况下，各种结构形式栈桥间的技术经济比较如下： 技术经济比较表 结构形式 项目 钢筋混凝土 框架结构 钢筋混凝土 桁架结构 型钢桁架 结构 钢管桁架 结构 网架结构 机架与栈 桥合一 整体性 好 中 一般 中 中 好 防火性能 好 好 一般 一般 一般 一般 防水效果 最好 好 一般 一般
16、一般 露天为主 保温性能 好 好 一般 中 好 露天为主 适用高度 低 中 高 高 高 高 适用跨度 小 中 大 大 大 大 空间利用性 有限 小 中 大 大 大 养护期 长 中 无 无 无 无 施工工期 长 中 短 短 短 短 加工方式 现场现浇 现场现浇 工厂加工 工厂加工 工厂加工 工厂加工 标准化、系列化 低 低 中 高 高 高 耗钢量 中 中 大 中 中 最小 自重 最大 大 中 一般 一般 小 重复利用性 无 无 一般 中 好 好 成本 中 高 最高 中 中 最低 综合分析表中各项因素我们可以发现，钢筋混凝土结构的输煤栈桥在某些性能方面具有一定的优势，且造价适中，不可能被完全替代；
17、型钢桁架结构的输煤栈桥有逐渐被替代的趋势，新型结构形式的钢结构栈桥的应用会越来越多。 输煤栈桥围护结构 不同结构形式的封闭输煤栈桥，其可采用的围护结构基本相同。除了采用型钢骨架抹钢丝网水泥板及型钢骨架外挂压型钢板外，还出现了采用玻璃钢材质的围护结构。目前常用的围护结构为彩色压型钢板（彩钢板）轻型围护结构。 综述 大型火电厂输煤栈桥应根据不同情况选择合理的结构型式。通过大量的工程实践及计算比较, 当工程可采用天然地基时, 以上各种型式的栈桥其合理使用范围及注意事项如下： 输煤栈桥不封闭, 栈桥初始段标高较低时,宜采用钢筋混凝土现浇结构。 当栈桥高度小于 10m 时, 宜采用框架式结构,且跨度要控制在 6-10m之间, 最大不得超过 12m。 当栈桥高度大于 10m, 小于 18m 时, 采用钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土桁架比较合适, 钢筋混凝土桁架的经济跨度是 18-24m。预应力钢筋混凝土桁架的经济跨度为 24-27m,最大不超过 30m。
