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[摘 要]在社会的快速发展中，我国的工业化建设也取得了很大的进展。输煤栈桥是承载皮带运输机的主要工业构筑物，是煤矿、电力、冶金等工业生产的连接通道，在整个生产过程中发挥着重要的作用。输煤栈桥具有投资费用低，利于连续性生产，自动化程度高等优点，因此在工业运输领域被广泛采用。基于此，文章介绍了输煤栈桥的结构特点，研究了结构动力响应测试方法及原理，并总结了栈桥钢桁架的振动控制。
[关键词]输煤栈桥；钢桁架；动力测试；震动控制
中图分类号：TP347 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0271-01
引言：随着工业运输领域的快速发展，长运距、高带速、大运量、大功率带式运输机得到了广泛的应用，输煤栈桥是带式输送机的主要承重结构，逐渐呈现出大跨度、超长度的发展方向，且多采用钢结构形式。由于运输距离长，栈桥长度大，受生产工艺、线路、环境及场地情况限制，有时需要翻越山坡、地面建筑物和道路。而钢结构具备自重轻、强度高、跨度大等优点，还可以节省大量基础建设工程费用，在煤炭、电力、冶金等行业中被广泛采用。
1输煤栈桥的结构特点
栈桥结构主要的组成部分是支架和栈桥本体。在传统的栈桥结构中，主要采用钢筋混凝土支架，钢筋混凝土栈桥本体，围护墙体采用砌体结构。混凝土结构栈桥跨度不大，一般为10到20m，栈桥结构特点是栈桥本体刚度大，而支架刚度相对较弱，因此，支架处振动相对栈桥本体强烈。现阶段，栈桥结构多采用钢筋混凝土支架或钢结构，轻钢结构栈桥本体，围护墙体多采用压型钢板。栈桥跨度大，一般在20m以上，最大跨度达60多米，栈桥结构特点是栈桥本体刚度小、支架刚度相对较强，栈桥本体振动强烈，而支架处振动微弱。
除此之外，栈桥结构的跨度、荷载及工艺要求在一定程度上决定着栈桥竖向主桁架高度。栈桥与支架相连接的支座多为水平面底座，屋面桁架主要承受屋面荷载，走道板平面桁架主要承受带式输送机设备荷载及走道板各类荷载。皮带输送栈桥屋面及维护结构主要采用压型钢板，可以做成全封闭式或半封闭式，如图1和图2所示。
现阶段，我国对皮带输送栈桥的设计还处于静力计算阶段，对动力特性考虑较少。其中，栈桥钢桁架的动力特性主要有以下几个方面：首先，纵向振动。在外界激励的作用下，作为粘弹性体的胶带产生的一种振动，其通常产生于皮带运输机运行的过渡过程中，比如，皮带运输机启动阶段和制动阶段等；其次，横向振动。这是由托辊偏心激振力的横向分力和胶带横向弯曲变形振动拍打托辊产生的动荷载，进而导致栈桥结构的横向振动现象；最后，竖向振动。其主要是由托辊的偏心激振力和胶带弯曲变形及物料不均引起的竖向激振力振动现象。这种振动在跨中位置最为明显，振动方向为铅垂面内。在皮带运输系统设计不合理的情况下，结构会产生振幅较大的振动，严重影响结构的安全性。
2结构动力响应测试方法及原理
现阶段，主要采取人工激振法和环境随机振动法来测试结构的动力特性。自由振动法和强迫振动法均属于人工激振法。
2.1人工激振法
2.1.1自由激振法
由于人工激振法得到的数据比较直观、简便，且容易处理，因而其在计算机技术不够发达的时期就得到了广泛应用。为了保证结构能够因冲击荷载的作用而出现自由振动，相关技术人员可以在试验过程中，采用突加荷载或者突卸荷载的方式进行作业。除此之外，在实验过程中，结构可能会产生大振幅的部位布置传感器，且应该注意避开可能产生局部振动的杆件。同时，通过测量仪器的记录，可以得到结构的有阻尼自由振动时程曲线，在自由振动时程曲线上，可以按时间坐标量取自由振动的波形周期，从而求得结构的自振频率。
2.1.2强迫振动法
强迫振动法也称共振法，其主要是利用专门的起振机，一般都采用惯性式机械离心激振器，对结构施加周期性的振动，使结构产生强迫振动。通过分析结构动力学理论知识发现，结构共振是指外界干扰频率与结构自振频率相近时结构产生的振动。利用激振器可以连续改变激振频率的特点，在振幅出现最大值的情况下，结构在激振荷载作用下产生共振，这时激振频率是结构的自振频率。在多自由度体系中，利用激振器连续可以改变激振频率，由共振曲线的振幅最大值（峰点）对应的频率，并且，激振器的激励方向和安装位置由试验要求而定。
2.2环境随机振动法
脉动是指结构在受外界干扰力的作用下产生的，而其振动是不规则的，其振幅一般不超过10μm。风、气压的变化以及地面脉动直接影响着建筑物的脉动，尤其是附近地壳内部小的破裂和受城市车辆、机器设备等产生的扰动力乃至远处地震传来的影响，其脉动周期多在0.1到0.8s之间，建筑物的响应是由于在任何时候均存在环境随机振动而引起结构脉动源不规则的现象，其主要表现是各种不同值的变量随机振动过程是一个复杂的过程，每重复一次所取得的每一个样本都是不同的。
3栈桥钢桁架的振动控制
结构在动荷载作用下的位移、速度和加速度响应主要与激振力的大小、频率以及振动结构系统的刚度、动力特性有关。由于激振力的大小、频率由生产工艺决定而相对固定不变，因而控制结构振动的主要途径是通过改变振动结构系统的刚度和动力特性，控制结构的振动响应，这是振动系统加固改造的基本原则。根据振动产生的原因与振动引起的结构及设备动力反应的特性，振动控制措施可以分为以下三类：第一，结合振源的自身特点，通过采取适当的措施来抑制振源，改变激振频率以防止产生结构共振。例如，在皮带运输机系统中，由于托辊的间距布置不当，可能导致两托辊间皮带的发生共振，从而引起栈桥结构的剧烈振动；第二，在原結构上附着装置，在原结构体系中加设支撑或剪力墙等，通过结构和装置之间的相互作用，从而吸收振动产生的能量，以达到降低结构振动的效果。在框架结构体系中，填充墙虽不能作为承重构件，但可以提高框架结构的抗侧移刚度，从而实现减小层间位移的效果；第三，在振源与减振体中加入弹性装置，依靠弹性装置的变形来减轻振源对减振体的激力。比如，在结构的基础底部安装弹簧减震器，当地震来临时，弹簧的变形可大量吸收地震对建筑物的振动能量。
结束语
电力系统在整个发电过程具有输煤送煤的重要作用，一旦发生破坏，将阻碍整个发电系统的正常运行。而输煤栈桥钢桁架是电力系统中的重要内容，现阶段，我国对栈桥结构设计，只进行结构静力计算，并未对其进行动力评估。这就难以满足大跨度和高运速发展栈桥结构振动方面的要求。因此，相关人员在结构设计中，应考虑结构动力因素对栈桥结构的影响。
参考文献
[1]张岩青，胡昕，王利中.大跨度输煤栈桥TMD振动控制研究[J].特种结构，2015，32（02）：97-101.
[2]张岩青.大跨度输煤栈桥动力特性分析与振动控制研究[D].西安建筑科技大学，2015.
[3]胡瑞星.输煤栈桥钢桁架的动力特性分析及振动控制研究[D].西安建筑科技大学，2012.
[关键词]输煤栈桥；钢桁架；动力测试；震动控制
中图分类号：TP347 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0271-01
引言：随着工业运输领域的快速发展，长运距、高带速、大运量、大功率带式运输机得到了广泛的应用，输煤栈桥是带式输送机的主要承重结构，逐渐呈现出大跨度、超长度的发展方向，且多采用钢结构形式。由于运输距离长，栈桥长度大，受生产工艺、线路、环境及场地情况限制，有时需要翻越山坡、地面建筑物和道路。而钢结构具备自重轻、强度高、跨度大等优点，还可以节省大量基础建设工程费用，在煤炭、电力、冶金等行业中被广泛采用。
1输煤栈桥的结构特点
栈桥结构主要的组成部分是支架和栈桥本体。在传统的栈桥结构中，主要采用钢筋混凝土支架，钢筋混凝土栈桥本体，围护墙体采用砌体结构。混凝土结构栈桥跨度不大，一般为10到20m，栈桥结构特点是栈桥本体刚度大，而支架刚度相对较弱，因此，支架处振动相对栈桥本体强烈。现阶段，栈桥结构多采用钢筋混凝土支架或钢结构，轻钢结构栈桥本体，围护墙体多采用压型钢板。栈桥跨度大，一般在20m以上，最大跨度达60多米，栈桥结构特点是栈桥本体刚度小、支架刚度相对较强，栈桥本体振动强烈，而支架处振动微弱。
除此之外，栈桥结构的跨度、荷载及工艺要求在一定程度上决定着栈桥竖向主桁架高度。栈桥与支架相连接的支座多为水平面底座，屋面桁架主要承受屋面荷载，走道板平面桁架主要承受带式输送机设备荷载及走道板各类荷载。皮带输送栈桥屋面及维护结构主要采用压型钢板，可以做成全封闭式或半封闭式，如图1和图2所示。
现阶段，我国对皮带输送栈桥的设计还处于静力计算阶段，对动力特性考虑较少。其中，栈桥钢桁架的动力特性主要有以下几个方面：首先，纵向振动。在外界激励的作用下，作为粘弹性体的胶带产生的一种振动，其通常产生于皮带运输机运行的过渡过程中，比如，皮带运输机启动阶段和制动阶段等；其次，横向振动。这是由托辊偏心激振力的横向分力和胶带横向弯曲变形振动拍打托辊产生的动荷载，进而导致栈桥结构的横向振动现象；最后，竖向振动。其主要是由托辊的偏心激振力和胶带弯曲变形及物料不均引起的竖向激振力振动现象。这种振动在跨中位置最为明显，振动方向为铅垂面内。在皮带运输系统设计不合理的情况下，结构会产生振幅较大的振动，严重影响结构的安全性。
2结构动力响应测试方法及原理
现阶段，主要采取人工激振法和环境随机振动法来测试结构的动力特性。自由振动法和强迫振动法均属于人工激振法。
2.1人工激振法
2.1.1自由激振法
由于人工激振法得到的数据比较直观、简便，且容易处理，因而其在计算机技术不够发达的时期就得到了广泛应用。为了保证结构能够因冲击荷载的作用而出现自由振动，相关技术人员可以在试验过程中，采用突加荷载或者突卸荷载的方式进行作业。除此之外，在实验过程中，结构可能会产生大振幅的部位布置传感器，且应该注意避开可能产生局部振动的杆件。同时，通过测量仪器的记录，可以得到结构的有阻尼自由振动时程曲线，在自由振动时程曲线上，可以按时间坐标量取自由振动的波形周期，从而求得结构的自振频率。
2.1.2强迫振动法
强迫振动法也称共振法，其主要是利用专门的起振机，一般都采用惯性式机械离心激振器，对结构施加周期性的振动，使结构产生强迫振动。通过分析结构动力学理论知识发现，结构共振是指外界干扰频率与结构自振频率相近时结构产生的振动。利用激振器可以连续改变激振频率的特点，在振幅出现最大值的情况下，结构在激振荷载作用下产生共振，这时激振频率是结构的自振频率。在多自由度体系中，利用激振器连续可以改变激振频率，由共振曲线的振幅最大值（峰点）对应的频率，并且，激振器的激励方向和安装位置由试验要求而定。
2.2环境随机振动法
脉动是指结构在受外界干扰力的作用下产生的，而其振动是不规则的，其振幅一般不超过10μm。风、气压的变化以及地面脉动直接影响着建筑物的脉动，尤其是附近地壳内部小的破裂和受城市车辆、机器设备等产生的扰动力乃至远处地震传来的影响，其脉动周期多在0.1到0.8s之间，建筑物的响应是由于在任何时候均存在环境随机振动而引起结构脉动源不规则的现象，其主要表现是各种不同值的变量随机振动过程是一个复杂的过程，每重复一次所取得的每一个样本都是不同的。
3栈桥钢桁架的振动控制
结构在动荷载作用下的位移、速度和加速度响应主要与激振力的大小、频率以及振动结构系统的刚度、动力特性有关。由于激振力的大小、频率由生产工艺决定而相对固定不变，因而控制结构振动的主要途径是通过改变振动结构系统的刚度和动力特性，控制结构的振动响应，这是振动系统加固改造的基本原则。根据振动产生的原因与振动引起的结构及设备动力反应的特性，振动控制措施可以分为以下三类：第一，结合振源的自身特点，通过采取适当的措施来抑制振源，改变激振频率以防止产生结构共振。例如，在皮带运输机系统中，由于托辊的间距布置不当，可能导致两托辊间皮带的发生共振，从而引起栈桥结构的剧烈振动；第二，在原結构上附着装置，在原结构体系中加设支撑或剪力墙等，通过结构和装置之间的相互作用，从而吸收振动产生的能量，以达到降低结构振动的效果。在框架结构体系中，填充墙虽不能作为承重构件，但可以提高框架结构的抗侧移刚度，从而实现减小层间位移的效果；第三，在振源与减振体中加入弹性装置，依靠弹性装置的变形来减轻振源对减振体的激力。比如，在结构的基础底部安装弹簧减震器，当地震来临时，弹簧的变形可大量吸收地震对建筑物的振动能量。
结束语
电力系统在整个发电过程具有输煤送煤的重要作用，一旦发生破坏，将阻碍整个发电系统的正常运行。而输煤栈桥钢桁架是电力系统中的重要内容，现阶段，我国对栈桥结构设计，只进行结构静力计算，并未对其进行动力评估。这就难以满足大跨度和高运速发展栈桥结构振动方面的要求。因此，相关人员在结构设计中，应考虑结构动力因素对栈桥结构的影响。
参考文献
[1]张岩青，胡昕，王利中.大跨度输煤栈桥TMD振动控制研究[J].特种结构，2015，32（02）：97-101.
[2]张岩青.大跨度输煤栈桥动力特性分析与振动控制研究[D].西安建筑科技大学，2015.
[3]胡瑞星.输煤栈桥钢桁架的动力特性分析及振动控制研究[D].西安建筑科技大学，2012.