鋼筋混凝土筒倉倉壁側壓力計算方法

孫維才 遲家琦

摘 要：本文介紹了一些筒倉壓力計算的一些經典公式，及我國現行規范中規定的筒倉壓力計算公式的由來，闡述了規范中公式的確立原則。

關鍵詞：Janssen理論；深倉；淺倉；大型圓筒倉

1 引言

在火力發電廠的設計中貯煤筒倉是運煤系統非常重要構筑物之一。鋼筋混凝土筒倉的分類有多種，從平面形狀分有圓形筒倉、方形筒倉、多邊形筒倉；其中以圓形筒倉受力最為合理，電廠中的筒倉也多選用圓形筒倉；按倉壁高度及作用于倉壁的側壓力計算方法劃分為深倉和淺倉，當筒倉內貯料計算高度h0與圓形筒倉內徑dn或與矩形筒倉的短邊bn之比大于或等于1.5時為深倉，小于1.5時為淺倉。

貯料壓力計算時筒倉結構設計的關鍵問題，直接影響到筒倉結構的安全性能。

一個多世紀以來，人類對筒倉貯料壓力的研究作了很多工作，其中尤以德國學者楊森（Janssen）的影響最為顯著。國內外多個筒倉規范均是按楊森公式計算筒倉豎向壓力，僅對側壓力系數取值有所分歧。楊森豎向壓力公式是以考慮倉壁摩擦力為前提的，某些文章在確定側壓力系數時認為倉壁是光滑的，采用了蘭金（Rankine）的極限平衡主動土壓力系數，這是個理論上的矛盾。前述的國內多個規范考慮了筒倉卸料時貯料壓力的增大，一般是將裝料壓力乘以大于1的超壓系數，求的卸料壓力。

由于國內外筒倉事故屢有發生，貯料壓力計算問題成為急需設計者和研究者不斷深化認識的課題。本文將筒倉側壓力主要的一些計算方法進行簡要介紹。

2 國外的一些重要理論

2.1 Janssen理論

1895年Janssen H A 根據貯料水平微單元體的靜力平衡，推導出了貯料壓力強度的計算公式，即著名的Janssen 公式。在推導時，作了如下的基本假設：（1）貯料處于靜止狀態。（2）在筒倉內同一水平面上的各點的豎向壓力是相等的。（3）貯料在任一點處的水平壓力p與垂直壓力q成正比。（4）不計倉底對貯料壓力的影響，即假定為無限深倉。（5）貯料為均勻密實、不可壓縮的散體。

垂直壓力為

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

3 綜述

前述的Janssen理論是取筒倉內貯料的微單元靜力平衡條件，求得倉內貯料作用在倉壁上的壓力。但是人們在筒倉卸料過程中發現，貯料在倉內的應力場及作用與倉壁上的壓力與Janssen的假定并不一致。國際上Reimbert，Pieper，Walker，Jenike等學者在筒倉貯料壓力的研究方面做出的很多實驗都證明，Janssen公式算出的倉壁壓力不能代表筒倉在卸料過程中，貯料作用于倉壁上的實際壓力。正如許多筒倉學者所指出的，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，而事實上由于貯料與倉壁之間存在摩擦力，垂直壓力并非均勻。又如公式中的側壓力系數k值的確定，直接采用了Rankine公式，而未考慮與倉壁接觸貯料的屈服條件。但是由于采用Janssen公式進行筒倉設計時比其它方法簡便，所以目前各國筒倉規范對貯料壓力的計算，仍采用各自修正后的Janssen公式。

4 結束語

本文介紹了四種筒倉壓力計算的經典理論，分析給出了我國現行《筒倉設計規范》中側壓力計算公式的由來，并簡要分析了我國現行規范中公式的確立原則，望對筒倉設計者有所參考。

參考文獻

[1] GB 50077 - 2003 鋼筋混凝土筒倉設計規范. 北京：中國計劃出版社，2004.

[2] Janssen H A.Versuche uber getreidedruck in silozellen（experiments about pressure of grain in silos）[M]. VDI Zeitschrift （Dtlsseldorf），1895.

[3] Reimbert M，Reimbert A.Pressure and overpressure vertical and horizontal silos[C]. International Conference onDesign of Silos for Strength and Flow.Powder Advisory Cent London，England，1980.

[4] Rankine W J M.0n the stability of loose earth[J].Phil.Trans.Roy.Soc.Lond.，1857（1）：7～9.

[5] Airy W.The pressure of grain minutes of proceedings[J].Institution of Civil Engineers.London，1897，131（1）：347～358.