分析鋼筋混凝土筒倉倉壁側(cè)壓力的研究

張兵兵

摘 要：本文重點研究了鋼筋混凝土筒倉側(cè)壁壓力，在卸料過程中產(chǎn)生的變化進(jìn)行分析，針對材料各種流動狀態(tài)所造成的倉壁動態(tài)壓力值進(jìn)行研究，有效考慮到筒倉卸料過程中側(cè)壓力系數(shù)會隨著倉體的物料深度變化而變化，建立起了相應(yīng)的計算方法，最終得出了相應(yīng)的研究結(jié)論。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土;筒倉;倉壁;側(cè)壓力

文章編號：2095-4085（2020）05-0088-02

鋼筋混凝土筒倉是冶金、煤炭以及糧食加工產(chǎn)業(yè)比較廣泛使用的設(shè)備，該設(shè)備采用的是鋼筋混凝土筒倉來儲存各種礦石、煤炭以及糧食等相關(guān)物質(zhì)，在使用過程當(dāng)中所取得的效果非常明顯?，F(xiàn)階段我國在筒倉的建設(shè)規(guī)模上相對較大，所涉及到的工作單位也非常廣泛，但是從筒倉的整體使用狀況來看，經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的安全事故，這些事故產(chǎn)生的主要原因，除了工作人員使用不當(dāng)以及施工質(zhì)量較差以外，在設(shè)計方面也存在一定的問題，比如對筒倉的側(cè)方壓力計算存在錯誤，側(cè)方壓力過小則不安全，過大則會造成浪費。

1 筒倉倉壁的基本壓力分析

鋼筋混凝土筒倉屬于一個比較典型的圓形筒倉結(jié)構(gòu)，上半部分豎直的豎筒圍成一個圓柱體，也被稱之為筒體，下半部分通過一個圓錐結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，在卸料過程當(dāng)中充當(dāng)漏斗的作用。所謂的混凝土筒倉倉壁側(cè)壓力，主要指的是筒體部分的側(cè)壓力大小。當(dāng)前世界上各個國家仍然是以 “楊森公式”為基礎(chǔ)，然而在筒倉的使用過程中人們發(fā)現(xiàn)貯料在倉內(nèi)的應(yīng)力場及作用于倉壁上的壓力與楊森的假定并不一致?！皸钌健奔俣ㄔ谌我粰M截面上料層的垂直壓力是均勻分布的，而事實上由于貯料與倉壁之間存在摩擦力，垂直壓力并非均勻。其次公式中的側(cè)壓力系數(shù)k值直接采用蘭金公式?jīng)]有考慮與倉壁接觸貯料屈服條件?，F(xiàn)在國外有關(guān)筒倉規(guī)范對貯料壓力的計算采用各自修正后的楊森公式，我國計算也采用楊森公式，計算貯料水平壓力時乘以修正系數(shù)Ch，該系數(shù)主要考慮卸料時的動態(tài)壓力、貯料的崩塌以及不可預(yù)見的其他因素等。對于豎向壓力，根據(jù)我們所做的測試和各種資料的分析，認(rèn)為貯料在靜動態(tài)時倉底的豎向壓力無太大的變化，但考慮到料拱的崩塌及貯料特性的不利變化等因素，應(yīng)乘以豎向壓力增大的修正系數(shù)Cv，其值參考國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范確定，此外，按我國多年的設(shè)計經(jīng)驗并參考美國和德國的規(guī)定，倉底的總豎向壓力不應(yīng)大于貯料的總重，即pv≤γhn。

2 筒倉倉壁的動態(tài)壓力

貯料的流動壓力是確定修正系數(shù)Ch值的主要因素，貯料的流動形態(tài)歸納起來分為兩種類型，一種為整體流動，即卸料時整個貯料隨之而動;另一種屬于管狀流動也稱為漏斗狀流動，即卸料時貯料從其內(nèi)部形成的流動腔中流動。也有可能同時出現(xiàn)上述兩種流動狀態(tài)。散料的特性及筒倉的幾何形狀不同各區(qū)段的范圍不同。管狀流動所產(chǎn)生的流動壓力遠(yuǎn)小于整體流動時的壓力。考慮到大多數(shù)筒倉中的貯料流型很難明確劃分，因此我國采用不以流動型態(tài)劃分的綜合修正系數(shù)值。但是對于貯料處于流動狀態(tài)時水平壓力增大的事實已被人們承認(rèn)，只是對于增大的機(jī)理有不同的見解，較為流行的觀點是美國學(xué)者詹尼克的觀點，他認(rèn)為是由于貯料內(nèi)部應(yīng)力場的改變。裝料時貯料內(nèi)部的主應(yīng)力線接近與豎直方向及主動應(yīng)力狀態(tài)，卸料時由于貯料失去支持力，主應(yīng)力線改變?yōu)榻咏椒较蚣氨粍訅毫顟B(tài)，并且在流動腔斷面縮小處，產(chǎn)生很大的集中壓力或稱為轉(zhuǎn)換力。詹尼克根據(jù)上述假定創(chuàng)建了計算水平壓力的理論，雖然很粗糙，但基本觀點還是被接受。

2.1 筒倉倉壁的動態(tài)壓力計算公式

現(xiàn)階段，貯料壓力計算對深倉和淺倉采用不同的計算公式，所以當(dāng)hn/dn=1.5時按深、淺倉計算所得的貯料水平壓力出現(xiàn)不銜接的現(xiàn)象，由于不是連續(xù)函數(shù)，在臨界點處有一個不相等的突變值，考慮修正系數(shù)后，深倉的計算壓力大于淺倉的，因此大型圓形淺倉如按淺倉公式計算就不一定安全可靠。另外，高度達(dá)到一定高度的淺倉，貯料對倉壁的摩擦荷載也不應(yīng)忽視。故規(guī)范所用公式適用于直徑較小的圓形或矩形筒倉。

混凝土筒倉下半部分的散料受到漏斗內(nèi)部散料的形變影響，漏斗的表面朝著某一個角度產(chǎn)生傾斜，處于垂直軸的內(nèi)變形狀態(tài)，散料在卸料區(qū)域會出現(xiàn)橫向壓縮以及被動應(yīng)力場區(qū)域，處于被動應(yīng)力狀態(tài)屬于最大的應(yīng)力狀態(tài)，此時側(cè)壓力系數(shù)達(dá)到最大。筒倉在卸料工作中倉體內(nèi)部的物料會由主動向被動的應(yīng)力場發(fā)生過度，相應(yīng)的動態(tài)側(cè)壓力系數(shù)由上而下發(fā)生規(guī)律變化。

2.2 筒倉的模型試驗

筒倉的模型設(shè)計工作需要考慮到大型圓煤倉和糧倉結(jié)構(gòu)，模型倉倉壁高度為600mm，內(nèi)徑大小為400mm，側(cè)壁厚度為5mm，通過使用有機(jī)玻璃制作。通過這種制作模型可以更加直觀的觀察到物料在倉體內(nèi)部的具體流動狀況，在實驗過程中通過使用直接探測取料的方法來進(jìn)行測試。實驗的重復(fù)性良好，所獲得的測試精確度較高，可以有效測得煤礦、小麥等散料的相關(guān)測試參數(shù)。

模型實驗過程中通過先裝滿倉筒，然后測得不同點位滿載過程當(dāng)中的靜態(tài)壓力大小，然后再將物料卸空，有效觀察卸料過程中筒倉內(nèi)壁的動態(tài)壓力情況，可以直接測得卸料過程當(dāng)中的最大內(nèi)壁流動壓力。在正式開始卸料之后，可以更加清楚的觀察到整個料面的平行下降及產(chǎn)生了整體性流動。物料在下降到450～500ml時才出現(xiàn)非動力型流動，由于倉體卸料的口徑和漏斗的傾角不同，泄漏的速率也各有不同，但是筒倉的動態(tài)壓力數(shù)值非常接近。由此可以得出，只要物料在倉體內(nèi)部出現(xiàn)整體性流動，那么下料的速度對筒倉側(cè)壁的壓力影響并不是非常明顯，由此可以看出鋼筋混凝土筒倉的側(cè)壓力，主要是受到內(nèi)部物料的非整體性下沉所影響，需要采取針對性解決措施來進(jìn)行控制。

3 結(jié) 語

在實際工作過程中，必須要對鋼筋混凝土筒倉倉壁的側(cè)壓力進(jìn)行分析和研究，有效計算出卸料過程中混凝土筒倉倉壁的側(cè)壓力大小，有效保證鋼筋混凝土筒倉的使用安全性，實現(xiàn)單位良好的生產(chǎn)效益。

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