鋼筋混凝土立筒倉結(jié)構(gòu)抗震探析

■趙永國 ■中煤第三建設(shè)(集團)有限責(zé)任公司第33工程處，安徽 宿州 234000

筒倉是一種被用來貯存散裝物料的倉庫形式之一，其根據(jù)所應(yīng)用到的行業(yè)的不同，大致可以分為兩個類型，具體包括農(nóng)業(yè)筒倉和工業(yè)筒倉。其中，農(nóng)業(yè)筒倉就是用來儲藏糧食、飼料、肥料等的倉庫;工業(yè)筒倉則是用來儲存工業(yè)生產(chǎn)過程中所需要物料，例如焦炭、水泥、食鹽、煤炭等。目前我國對于這類倉儲技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，并且還在進一步推動機械化筒倉的建設(shè)，實現(xiàn)物料儲存、轉(zhuǎn)運的一體化和自動化，增加我國的工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。以下簡要針對其相關(guān)內(nèi)容進行論述。

1 筒倉的地震損壞情況

隨著現(xiàn)代科技技術(shù)和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國對于鋼筋混凝土立筒倉的應(yīng)用范圍越來越廣，應(yīng)用數(shù)量也越來越多。但同時，我國近幾年發(fā)生的地震類自然災(zāi)害數(shù)量也在不斷上升，而立筒倉在地震當中產(chǎn)生損害時難以避免的。我國的地理位置處于地中海地震帶和太平洋地震帶的中間位置，也屬于地震災(zāi)害較為多發(fā)的國家之一，根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，中國大陸地區(qū)的地震總數(shù)大約是全球的1/3，并且其中也不乏大型的地震，而在這些地震當中以唐山大地震最為著名，當時在唐山地區(qū)的柱承式圓形立筒倉受到了嚴重的損害，其破壞面積達到了28%以上，而當時仍然在使用的柱承式方形筒倉的破壞面積則將近70%左右。由此可見，在當時的倉儲技術(shù)發(fā)展條件下，地震災(zāi)害對于我國立筒倉的破壞性較大，因此我國也就加大了對于立筒倉抗震性能的研究，但是與目前我國立筒倉的應(yīng)用程度相比，其抗震性能的研究還處于明顯滯后的情況，這主要與我國大部分地區(qū)地震發(fā)生率較低有著一定的聯(lián)系，需要相關(guān)研究者進行更加深入的研究。

2 立筒倉抗震性能的國內(nèi)外研究

對于立筒倉的抗震性能研究已經(jīng)不是新型的課題，其早在上個世紀60年代末印度學(xué)者的研究就已經(jīng)開始了，當時印度的學(xué)者主要針對于當時應(yīng)用的筒倉進行了自振頻率的研究，但是在之后的十多年時間里國際上再沒有研究者對這一課題進行研究。直到上個世紀80年代才又重新由日本學(xué)者進行了研究，其主要是對立筒倉的振動臺試驗進行研究，并引入了軸對稱有限元法進行模擬。在這方面的研究上面日本地區(qū)的學(xué)者研究的較為深入，因為日本地區(qū)屬于世界地震高發(fā)區(qū)域，其地震的發(fā)生次數(shù)較我國要多很多。但是我國學(xué)者對于這一問題也同樣進行了相應(yīng)的研究，尤其是對于筒承式立筒倉的抗震性能進行了深入的研究，并且得出了如何計算立筒倉的自振頻率，如何有效對立筒倉本身的剛度進行增加等，并對在地震發(fā)展的過程中如何加強立筒倉本身的彈性或彈塑性反應(yīng)進行了相應(yīng)的研究。根據(jù)相關(guān)研究可以看出，假設(shè)當立筒倉隨著地基進行平行移動的過程中，立筒倉的倉底向上的部分大約占據(jù)立筒倉內(nèi)總質(zhì)量80%左右的散粒體會隨著立筒倉一起進行運動，并且其對于倉壁來說沒有相對運動的產(chǎn)生，而剩下的20%散粒體則會與倉壁產(chǎn)生相對運動，這也就使得立筒倉本身要承受相當于自身重量80%左右的重力的影響，在地震災(zāi)害過程中會直接影響立筒倉的損壞情況。

3 柱承式立筒倉的抗震性能分析

相比于筒承式立筒倉，柱承式立筒倉的產(chǎn)生年代較早，發(fā)展時間較長，但是根據(jù)相關(guān)調(diào)查可以看出，柱承式立筒倉的結(jié)構(gòu)存在著一定的缺陷，雖然其能夠儲存更多的物料，但是在地震當中其所受到的破壞更大，并且嚴重破壞或倒塌的情況占了22%-47%之間。其之所以受到這么大的破壞，主要原因在于柱承式立筒倉本身的結(jié)構(gòu)特點，其支撐柱與立筒倉體本身的剛度存在著一定的差距，而這種差距就會導(dǎo)致在受到外界振動影響的情況下，支撐柱頂部與倉體連接處很容易造成應(yīng)力的集中，并且支撐柱由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點，導(dǎo)致其中心位置比較高，軸壓相對較大，自身形變能力具有著一定的限制性，也就造成了這種結(jié)構(gòu)抗震性能較為欠缺。圖1為柱承式立筒倉，2-2為柱承式立筒倉的剖面圖。

圖1 柱承式立筒倉

在實際地震災(zāi)害過程當中，柱承式筒倉結(jié)構(gòu)都會遭到一定的破壞，其主要的破壞位置在于支撐柱位置，我國國內(nèi)的大部分筒倉結(jié)構(gòu)抗震性能研究都是圍繞著支撐柱抗震性能的角度進行考慮，其中以扭轉(zhuǎn)效率的研究最為深入。在實際災(zāi)害發(fā)生過程中，柱承式筒倉的支撐柱當中角柱所受到的扭轉(zhuǎn)力要遠遠大于內(nèi)柱，因此角柱所受到的破壞性要大。這主要是由于在地震發(fā)生階段，柱承式筒倉所受到的應(yīng)力大部分是由支撐柱所分擔，其中角柱所受到的應(yīng)力平衡性較差，極容易產(chǎn)生斷裂或扭曲的情況，因此在增加這類支撐柱抗震性能的過程中應(yīng)考慮如何增強角柱的抗震平衡性，如何使角柱能夠在振動過程中受力均勻，避免出現(xiàn)斷裂的情況。

4 筒承式立筒倉的抗震性能分析

與柱承式立筒倉相比，筒承式立筒倉具有著極為明顯的優(yōu)勢，其在實際應(yīng)用過程當中的受力情況比較明顯，并且可以利用滑膜施工技術(shù)，有效提高整體施工進度，節(jié)省施工成本。同時，這類立筒倉在施工過程中會對支撐環(huán)節(jié)建造圍護結(jié)構(gòu)，在抗震性能方面比柱承式立筒倉要好很多。其主要是由于在施工過程中其施工技術(shù)比較先進，混凝土材料的強度也比較高。與此同時，在對倉體和倉下的制成結(jié)構(gòu)連接處進行處理時比較嚴格，保證了在受外界應(yīng)力影響時，其變形情況相對較為平緩，避免了柱承式立筒倉在受到外力作用的過程中變形突然的危害。根據(jù)相關(guān)實際統(tǒng)計也可以看出，在唐山、汶川、青海等地區(qū)發(fā)生的各級地震當中，立筒倉雖然也發(fā)生了較大的損害，但其中大部分均屬于柱承式立筒倉，而筒承式立筒倉則很少有發(fā)生倒塌的情況。這主要是由于筒承式立筒倉在受到外界應(yīng)力變化影響時，其支撐結(jié)構(gòu)的形變較為平緩，使得倉體本身所受到的沖擊較小，并且大部分的應(yīng)力均有筒承式結(jié)構(gòu)進行分擔，即使筒承式結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞導(dǎo)致倉體掉落地面，所造成的損害也非常小，并不會對倉體本身造成較大的影響。為了進一步提高這一立筒倉結(jié)構(gòu)的抗震性能，我國的研究者也進行了相關(guān)的實驗。實驗結(jié)果表明，施工地點的地基與筒承式立筒倉在相互作用下所產(chǎn)生的自振頻率如果能夠與周圍的地質(zhì)自振頻率保持一致性，就會使這一立筒倉結(jié)構(gòu)的抗震性能進一步提升，增加筒承式立筒倉的安全性。圖2為筒承式立筒倉，1-1為筒承式立筒倉的剖面圖。

圖2 筒承式立筒倉

5 結(jié)語

綜上所述，糧食、物資以及生產(chǎn)材料的儲備是經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代社會發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，由此可見，進一步推廣立筒倉貯存方式和筒承式立筒倉技術(shù)是重中之重，并且還應(yīng)該不斷對其進行研究，提高立筒倉的抗震性能，增強其貯存安全性。

［1］王命平，孫芳，高立堂，荊超，滕鍇，耿樹江．筒承式群倉的地震作用分析及試驗研究［J］．工業(yè)建筑，2015，35(10):30-32．

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