分析鋼筋混凝土筒倉倉壁側壓力的研究

張兵兵

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

關鍵詞：鋼筋混凝土;筒倉;倉壁;側壓力

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業比較廣泛使用的設備，該設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物質，在使用過程當中所取得的效果非常明顯。現階段我國在筒倉的建設規模上相對較大，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，經常會出現不同程度的安全事故，這些事故產生的主要原因，除了工作人員使用不當以及施工質量較差以外，在設計方面也存在一定的問題，比如對筒倉的側方壓力計算存在錯誤，側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構，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構所構成，在卸料過程當中充當漏斗的作用。所謂的混凝土筒倉倉壁側壓力，主要指的是筒體部分的側壓力大小。當前世界上各個國家仍然是以 “楊森公式”為基礎，然而在筒倉的使用過程中人們發現貯料在倉內的應力場及作用于倉壁上的壓力與楊森的假定并不一致。“楊森公式”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。其次公式中的側壓力系數k值直接采用蘭金公式沒有考慮與倉壁接觸貯料屈服條件。現在國外有關筒倉規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Ch，該系數主要考慮卸料時的動態壓力、貯料的崩塌以及不可預見的其他因素等。對于豎向壓力，根據我們所做的測試和各種資料的分析，認為貯料在靜動態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，應乘以豎向壓力增大的修正系數Cv，其值參考國內外有關規范確定，此外，按我國多年的設計經驗并參考美國和德國的規定，倉底的總豎向壓力不應大于貯料的總重，即pv≤γhn。

2 筒倉倉壁的動態壓力

貯料的流動壓力是確定修正系數Ch值的主要因素，貯料的流動形態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部形成的流動腔中流動。也有可能同時出現上述兩種流動狀態。散料的特性及筒倉的幾何形狀不同各區段的范圍不同。管狀流動所產生的流動壓力遠小于整體流動時的壓力。考慮到大多數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劃分的綜合修正系數值。但是對于貯料處于流動狀態時水平壓力增大的事實已被人們承認，只是對于增大的機理有不同的見解，較為流行的觀點是美國學者詹尼克的觀點，他認為是由于貯料內部應力場的改變。裝料時貯料內部的主應力線接近與豎直方向及主動應力狀態，卸料時由于貯料失去支持力，主應力線改變為接近水平方向及被動壓力狀態，并且在流動腔斷面縮小處，產生很大的集中壓力或稱為轉換力。詹尼克根據上述假定創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 筒倉倉壁的動態壓力計算公式

現階段，貯料壓力計算對深倉和淺倉采用不同的計算公式，所以當hn/dn=1.5時按深、淺倉計算所得的貯料水平壓力出現不銜接的現象，由于不是連續函數，在臨界點處有一個不相等的突變值，考慮修正系數后，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，高度達到一定高度的淺倉，貯料對倉壁的摩擦荷載也不應忽視。故規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部散料的形變影響，漏斗的表面朝著某一個角度產生傾斜，處于垂直軸的內變形狀態，散料在卸料區域會出現橫向壓縮以及被動應力場區域，處于被動應力狀態屬于最大的應力狀態，此時側壓力系數達到最大。筒倉在卸料工作中倉體內部的物料會由主動向被動的應力場發生過度，相應的動態側壓力系數由上而下發生規律變化。

2.2 筒倉的模型試驗

筒倉的模型設計工作需要考慮到大型圓煤倉和糧倉結構，模型倉倉壁高度為600mm，內徑大小為400mm，側壁厚度為5mm，通過使用有機玻璃制作。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行測試。實驗的重復性良好，所獲得的測試精確度較高，可以有效測得煤礦、小麥等散料的相關測試參數。

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中的靜態壓力大小，然后再將物料卸空，有效觀察卸料過程中筒倉內壁的動態壓力情況，可以直接測得卸料過程當中的最大內壁流動壓力。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生了整體性流動。物料在下降到450～500ml時才出現非動力型流動，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，但是筒倉的動態壓力數值非常接近。由此可以得出，只要物料在倉體內部出現整體性流動，那么下料的速度對筒倉側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壓力，主要是受到內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行控制。

3 結 語

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

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