張兵兵

摘 要：本文重點(diǎn)研究了鋼筋混凝土筒倉(cāng)側(cè)壁壓力，在卸料過(guò)程中產(chǎn)生的變化進(jìn)行分析，針對(duì)材料各種流動(dòng)狀態(tài)所造成的倉(cāng)壁動(dòng)態(tài)壓力值進(jìn)行研究，有效考慮到筒倉(cāng)卸料過(guò)程中側(cè)壓力系數(shù)會(huì)隨著倉(cāng)體的物料深度變化而變化，建立起了相應(yīng)的計(jì)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(cāng);倉(cāng)壁;側(cè)壓力

文章編號(hào)：2095-4085（2020）05-0088-02

鋼筋混凝土筒倉(cāng)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(cāng)來(lái)儲(chǔ)存各種礦石、煤炭以及糧食等相關(guān)物質(zhì)，在使用過(guò)程當(dāng)中所取得的效果非常明顯?，F(xiàn)階段我國(guó)在筒倉(cāng)的建設(shè)規(guī)模上相對(duì)較大，所涉及到的工作單位也非常廣泛，但是從筒倉(cāng)的整體使用狀況來(lái)看，經(jīng)常會(huì)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(jì)方面也存在一定的問(wèn)題，比如對(duì)筒倉(cāng)的側(cè)方壓力計(jì)算存在錯(cuò)誤，側(cè)方壓力過(guò)小則不安全，過(guò)大則會(huì)造成浪費(fèi)。

1 筒倉(cāng)倉(cāng)壁的基本壓力分析

鋼筋混凝土筒倉(cāng)屬于一個(gè)比較典型的圓形筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)，上半部分豎直的豎筒圍成一個(gè)圓柱體，也被稱(chēng)之為筒體，下半部分通過(guò)一個(gè)圓錐結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，在卸料過(guò)程當(dāng)中充當(dāng)漏斗的作用。所謂的混凝土筒倉(cāng)倉(cāng)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(gè)國(guó)家仍然是以 “楊森公式”為基礎(chǔ)，然而在筒倉(cāng)的使用過(guò)程中人們發(fā)現(xiàn)貯料在倉(cāng)內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)及作用于倉(cāng)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(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。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(cāng)壁接觸貯料屈服條件。現(xiàn)在國(guó)外有關(guān)筒倉(cāng)規(guī)范對(duì)貯料壓力的計(jì)算采用各自修正后的楊森公式，我國(guó)計(jì)算也采用楊森公式，計(jì)算貯料水平壓力時(shí)乘以修正系數(shù)Ch，該系數(shù)主要考慮卸料時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力、貯料的崩塌以及不可預(yù)見(jiàn)的其他因素等。對(duì)于豎向壓力，根據(jù)我們所做的測(cè)試和各種資料的分析，認(rèn)為貯料在靜動(dòng)態(tài)時(shí)倉(cāng)底的豎向壓力無(wú)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(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)范確定，此外，按我國(guó)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并參考美國(guó)和德國(guó)的規(guī)定，倉(cāng)底的總豎向壓力不應(yīng)大于貯料的總重，即pv≤γhn。

2 筒倉(cāng)倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)壓力

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

2.1 筒倉(cāng)倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)壓力計(jì)算公式

現(xiàn)階段，貯料壓力計(jì)算對(duì)深倉(cāng)和淺倉(cāng)采用不同的計(jì)算公式，所以當(dāng)hn/dn=1.5時(shí)按深、淺倉(cāng)計(jì)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(diǎn)處有一個(gè)不相等的突變值，考慮修正系數(shù)后，深倉(cāng)的計(jì)算壓力大于淺倉(cāng)的，因此大型圓形淺倉(cāng)如按淺倉(cāng)公式計(jì)算就不一定安全可靠。另外，高度達(dá)到一定高度的淺倉(cāng)，貯料對(duì)倉(cāng)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(cāng)。

混凝土筒倉(cāng)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(gè)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(huì)出現(xiàn)橫向壓縮以及被動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)區(qū)域，處于被動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)屬于最大的應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)側(cè)壓力系數(shù)達(dá)到最大。筒倉(cāng)在卸料工作中倉(cāng)體內(nèi)部的物料會(huì)由主動(dòng)向被動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生過(guò)度，相應(yīng)的動(dòng)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(cāng)的模型試驗(yàn)

筒倉(cāng)的模型設(shè)計(jì)工作需要考慮到大型圓煤倉(cāng)和糧倉(cāng)結(jié)構(gòu)，模型倉(cāng)倉(cāng)壁高度為600mm，內(nèi)徑大小為400mm，側(cè)壁厚度為5mm，通過(guò)使用有機(jī)玻璃制作。通過(guò)這種制作模型可以更加直觀的觀察到物料在倉(cāng)體內(nèi)部的具體流動(dòng)狀況，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)使用直接探測(cè)取料的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性良好，所獲得的測(cè)試精確度較高，可以有效測(cè)得煤礦、小麥等散料的相關(guān)測(cè)試參數(shù)。

模型實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)先裝滿(mǎn)倉(cāng)筒，然后測(cè)得不同點(diǎn)位滿(mǎn)載過(guò)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(guò)程中筒倉(cāng)內(nèi)壁的動(dòng)態(tài)壓力情況，可以直接測(cè)得卸料過(guò)程當(dāng)中的最大內(nèi)壁流動(dòng)壓力。在正式開(kāi)始卸料之后，可以更加清楚的觀察到整個(gè)料面的平行下降及產(chǎn)生了整體性流動(dòng)。物料在下降到450～500ml時(shí)才出現(xiàn)非動(dòng)力型流動(dòng)，由于倉(cāng)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(cāng)的動(dòng)態(tài)壓力數(shù)值非常接近。由此可以得出，只要物料在倉(cāng)體內(nèi)部出現(xiàn)整體性流動(dòng)，那么下料的速度對(duì)筒倉(cāng)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(cāng)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(duì)性解決措施來(lái)進(jìn)行控制。

3 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)際工作過(guò)程中，必須要對(duì)鋼筋混凝土筒倉(cāng)倉(cāng)壁的側(cè)壓力進(jìn)行分析和研究，有效計(jì)算出卸料過(guò)程中混凝土筒倉(cāng)倉(cāng)壁的側(cè)壓力大小，有效保證鋼筋混凝土筒倉(cāng)的使用安全性，實(shí)現(xiàn)單位良好的生產(chǎn)效益。

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