孫維才 遲家琦

摘 要：本文介紹了一些筒倉(cāng)壓力計(jì)算的一些經(jīng)典公式，及我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的筒倉(cāng)壓力計(jì)算公式的由來(lái)，闡述了規(guī)范中公式的確立原則。

關(guān)鍵詞：Janssen理論；深倉(cāng)；淺倉(cāng)；大型圓筒倉(cāng)

1 引言

在火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中貯煤筒倉(cāng)是運(yùn)煤系統(tǒng)非常重要構(gòu)筑物之一。鋼筋混凝土筒倉(cāng)的分類有多種，從平面形狀分有圓形筒倉(cāng)、方形筒倉(cāng)、多邊形筒倉(cāng)；其中以圓形筒倉(cāng)受力最為合理，電廠中的筒倉(cāng)也多選用圓形筒倉(cāng)；按倉(cāng)壁高度及作用于倉(cāng)壁的側(cè)壓力計(jì)算方法劃分為深倉(cāng)和淺倉(cāng)，當(dāng)筒倉(cāng)內(nèi)貯料計(jì)算高度h0與圓形筒倉(cāng)內(nèi)徑dn或與矩形筒倉(cāng)的短邊bn之比大于或等于1.5時(shí)為深倉(cāng)，小于1.5時(shí)為淺倉(cāng)。

貯料壓力計(jì)算時(shí)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，直接影響到筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的安全性能。

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人類對(duì)筒倉(cāng)貯料壓力的研究作了很多工作，其中尤以德國(guó)學(xué)者楊森（Janssen）的影響最為顯著。國(guó)內(nèi)外多個(gè)筒倉(cāng)規(guī)范均是按楊森公式計(jì)算筒倉(cāng)豎向壓力，僅對(duì)側(cè)壓力系數(shù)取值有所分歧。楊森豎向壓力公式是以考慮倉(cāng)壁摩擦力為前提的，某些文章在確定側(cè)壓力系數(shù)時(shí)認(rèn)為倉(cāng)壁是光滑的，采用了蘭金（Rankine）的極限平衡主動(dòng)土壓力系數(shù)，這是個(gè)理論上的矛盾。前述的國(guó)內(nèi)多個(gè)規(guī)范考慮了筒倉(cāng)卸料時(shí)貯料壓力的增大，一般是將裝料壓力乘以大于1的超壓系數(shù)，求的卸料壓力。

由于國(guó)內(nèi)外筒倉(cāng)事故屢有發(fā)生，貯料壓力計(jì)算問(wèn)題成為急需設(shè)計(jì)者和研究者不斷深化認(rèn)識(shí)的課題。本文將筒倉(cāng)側(cè)壓力主要的一些計(jì)算方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2 國(guó)外的一些重要理論

2.1 Janssen理論

1895年Janssen H A 根據(jù)貯料水平微單元體的靜力平衡，推導(dǎo)出了貯料壓力強(qiáng)度的計(jì)算公式，即著名的Janssen 公式。在推導(dǎo)時(shí)，作了如下的基本假設(shè)：（1）貯料處于靜止?fàn)顟B(tài)。（2）在筒倉(cāng)內(nèi)同一水平面上的各點(diǎn)的豎向壓力是相等的。（3）貯料在任一點(diǎn)處的水平壓力p與垂直壓力q成正比。（4）不計(jì)倉(cāng)底對(duì)貯料壓力的影響，即假定為無(wú)限深倉(cāng)。（5）貯料為均勻密實(shí)、不可壓縮的散體。

垂直壓力為

上述四種經(jīng)典理論中采用Janssen公式和Rankine公式計(jì)算時(shí)，計(jì)算高度h取貯料錐頂重心至所計(jì)算截面處的距離；Reimbert公式和Airy公式，h則取貯料頂面與倉(cāng)壁相交處至所計(jì)算截面處的距離。

3 綜述

前述的Janssen理論是取筒倉(cāng)內(nèi)貯料的微單元靜力平衡條件，求得倉(cāng)內(nèi)貯料作用在倉(cāng)壁上的壓力。但是人們?cè)谕矀}(cāng)卸料過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，貯料在倉(cāng)內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)及作用與倉(cāng)壁上的壓力與Janssen的假定并不一致。國(guó)際上Reimbert，Pieper，Walker，Jenike等學(xué)者在筒倉(cāng)貯料壓力的研究方面做出的很多實(shí)驗(yàn)都證明，Janssen公式算出的倉(cāng)壁壓力不能代表筒倉(cāng)在卸料過(guò)程中，貯料作用于倉(cāng)壁上的實(shí)際壓力。正如許多筒倉(cāng)學(xué)者所指出的，Janssen公式假定在任一橫截面上料層的垂直壓力是均勻分布的，而事實(shí)上由于貯料與倉(cāng)壁之間存在摩擦力，垂直壓力并非均勻。又如公式中的側(cè)壓力系數(shù)k值的確定，直接采用了Rankine公式，而未考慮與倉(cāng)壁接觸貯料的屈服條件。但是由于采用Janssen公式進(jìn)行筒倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)比其它方法簡(jiǎn)便，所以目前各國(guó)筒倉(cāng)規(guī)范對(duì)貯料壓力的計(jì)算，仍采用各自修正后的Janssen公式。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了四種筒倉(cāng)壓力計(jì)算的經(jīng)典理論，分析給出了我國(guó)現(xiàn)行《筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中側(cè)壓力計(jì)算公式的由來(lái)，并簡(jiǎn)要分析了我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中公式的確立原則，望對(duì)筒倉(cāng)設(shè)計(jì)者有所參考。

參考文獻(xiàn)

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