鋼板倉(cāng)在沙特SCC SCC等水泥廠中的應(yīng)用及計(jì)算分析

任和

鋼板倉(cāng)在沙特SCC SCC等水泥廠中的應(yīng)用及計(jì)算分析

Application and Calculation Analysis of SteelSilo in Some Cement Plants Such as SaudiArabian SCC Cement Plant Plant

任和

用鋼板焊接或卷制而成的鋼板倉(cāng)是近年來(lái)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)。由于國(guó)內(nèi)鋼板倉(cāng)的應(yīng)用在水泥行業(yè)歷史較短，鋼板倉(cāng)的研究與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在一定的差距。同時(shí)，鋼板倉(cāng)結(jié)構(gòu)也有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。

筒倉(cāng)；鋼板倉(cāng)；倉(cāng)壁計(jì)算；用鋼量

1 引言

筒倉(cāng)是水泥工廠最常用的物料儲(chǔ)存的構(gòu)筑物，受鋼板倉(cāng)徑厚比大、穩(wěn)定性差等技術(shù)上的制約，國(guó)內(nèi)水泥加工企業(yè)的物料倉(cāng)儲(chǔ)基本上是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[1]。隨著新技術(shù)在水泥工廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，鋼板倉(cāng)的優(yōu)點(diǎn)也逐步凸顯出來(lái)，具體表現(xiàn)為造價(jià)低、安裝方便、建設(shè)周期短、投資見(jiàn)效快等。近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)筒倉(cāng)被廣泛使用于新建的水泥廠中。

在鋼板倉(cāng)應(yīng)用方面，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了平面為圓形的波形薄鋼板倉(cāng)及卷板鋼板倉(cāng)工藝，應(yīng)用于糧食加工工業(yè)及飼料工業(yè)。但這些筒倉(cāng)大多數(shù)是由制造廠家直接生產(chǎn)，沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)規(guī)定，在使用過(guò)程中又缺少嚴(yán)格的管理，以致超出其極限承載力從而導(dǎo)致安全事故[2]。2001年國(guó)家建設(shè)部正式出臺(tái)了《糧食鋼板筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50322-2001）[3]，從此鋼結(jié)構(gòu)筒倉(cāng)設(shè)計(jì)有了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可循。《焊接式散裝水泥鋼板筒倉(cāng)》（SB/ T10743-2012）[4]和《鋼筒倉(cāng)技術(shù)規(guī)范》（GB50884-2013）[5]的相繼出臺(tái)對(duì)我國(guó)水泥行業(yè)鋼板倉(cāng)建設(shè)起到了有力的推動(dòng)作用。

2 規(guī)范計(jì)算要點(diǎn)

鋼板倉(cāng)倉(cāng)壁承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按規(guī)范[5]第5.3.2條進(jìn)行倉(cāng)壁在水平及豎直方向上的荷載基本組合，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從中選取相應(yīng)最不利的組合進(jìn)行倉(cāng)壁的強(qiáng)度計(jì)算。

鋼板倉(cāng)在豎向荷載作用下，倉(cāng)壁應(yīng)按薄殼彈性穩(wěn)定理論或規(guī)范[5]給出的方法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。包括空倉(cāng)時(shí)僅豎向荷載作用下倉(cāng)壁的穩(wěn)定性驗(yàn)算σc≤σcr=kpEt/R，以及滿倉(cāng)時(shí)豎向荷載與儲(chǔ)料水平壓力共同作用下及局部集中荷載作用下倉(cāng)壁的穩(wěn)定性驗(yàn)算σc≤σcr=kpEt/R。其中，σc是倉(cāng)壁豎向壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值，σcr是豎向荷載下倉(cāng)壁的臨界應(yīng)力，t是倉(cāng)壁的計(jì)算厚度，R是鋼板倉(cāng)半徑，kp是豎向壓力下空倉(cāng)倉(cāng)壁的穩(wěn)定系數(shù)，kp是有內(nèi)壓時(shí)倉(cāng)壁的穩(wěn)定系數(shù)。

風(fēng)荷載對(duì)空倉(cāng)倉(cāng)壁表面產(chǎn)生不均勻的徑向壓力，包括使倉(cāng)壁整體彎曲而產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力，以及使倉(cāng)壁整體剪切而產(chǎn)生的水平剪應(yīng)力，都可能引起鋼板倉(cāng)倉(cāng)壁失穩(wěn)破壞。大量實(shí)際工程表明，鋼板倉(cāng)的倉(cāng)壁厚度是由風(fēng)荷載作用下空倉(cāng)穩(wěn)定計(jì)算決定的。因此應(yīng)按照規(guī)范[5]第5.3.8條計(jì)算風(fēng)荷載作用下空倉(cāng)的穩(wěn)定性：qn,Rd≤αnqn，Rcru/其中，qn，Rd是風(fēng)荷載作用下最大外部法向壓力設(shè)計(jì)值，qn，Rcru是各向同性倉(cāng)壁在外部法向壓力下的臨界屈曲應(yīng)力，αn是彈性屈曲的缺陷系數(shù)，γM1是板殼穩(wěn)定承載力分項(xiàng)系數(shù)，t是倉(cāng)壁上最薄處的板厚，l是環(huán)梁之間的距離或倉(cāng)壁上下邊緣之間的距離，Cb是外部壓力屈曲系數(shù)，μs是風(fēng)荷載體形系數(shù)。

3 實(shí)際應(yīng)用及用鋼量比較

本文比較了沙特SCC等水泥廠中四個(gè)圓形鋼板倉(cāng)倉(cāng)壁的計(jì)算值與用鋼量（表1），發(fā)現(xiàn)倉(cāng)的高徑比及風(fēng)荷載作用下空倉(cāng)的穩(wěn)定計(jì)算起主要作用。在倉(cāng)壁上設(shè)置加勁肋可以適當(dāng)提高倉(cāng)壁的強(qiáng)度和明顯提高倉(cāng)體的穩(wěn)定性（圖1），加勁肋間距≯1.2m時(shí)的鋼板倉(cāng)可將加勁肋折算成所加強(qiáng)方向的倉(cāng)壁截面。

在加勁肋加強(qiáng)方向上進(jìn)行倉(cāng)壁的抗拉、抗壓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用按“等效強(qiáng)度”的原則確定折算厚度：抗彎和穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按“等效剛度”的原則確定折算厚度：其中，t是倉(cāng)壁厚度，As是加勁肋的橫截面面積，Is是加勁肋截面對(duì)平行于倉(cāng)壁的本身截面形心軸的慣性矩，b是加勁肋間距，es是加勁肋截面形心距組合截面中心的距離，et是倉(cāng)壁鋼板截面形心距組合截面中心的距離。

表1 鋼板倉(cāng)用鋼量比較

圖1 環(huán)向、豎向加勁肋對(duì)鋼板倉(cāng)的加固作用

4 我國(guó)規(guī)范存在的問(wèn)題

由于國(guó)內(nèi)鋼板倉(cāng)的建設(shè)歷史較短，鋼板倉(cāng)的研究與應(yīng)用還存在一些問(wèn)題：我國(guó)規(guī)范[3-5]主要是參考國(guó)外有關(guān)國(guó)家（德國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等）的設(shè)計(jì)規(guī)范編制；國(guó)外規(guī)范已經(jīng)明確給出了偏心裝、卸料等較為復(fù)雜靜態(tài)壓力的計(jì)算，而我國(guó)規(guī)范還僅局限于中心裝、卸料等簡(jiǎn)單的軸對(duì)稱荷載情況；鋼板倉(cāng)是一個(gè)空間體系，在地震作用下所儲(chǔ)存散料與鋼板倉(cāng)之間有相互作用，我國(guó)規(guī)范中的地震公式是將筒倉(cāng)簡(jiǎn)化為一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)或多質(zhì)點(diǎn)體系，采取底部剪力法或振型分解法計(jì)算，不能夠準(zhǔn)確反映地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用情況。

5 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的筒倉(cāng)規(guī)范有自己的特色，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的可靠性和先進(jìn)性，按規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼板倉(cāng)能夠滿足安全使用要求，但也存在需要進(jìn)一步完善的地方。

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)作用下，為了降低鋼材用量，過(guò)度依靠加勁肋增加剛度降低倉(cāng)壁厚度，導(dǎo)致部分鋼板倉(cāng)剛建成使用不久，在無(wú)特殊荷載情況下倉(cāng)壁因強(qiáng)度不夠開(kāi)裂再加固的水桶效應(yīng)。

建議設(shè)計(jì)者在鋼板倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)除了計(jì)算本文第2節(jié)所述要點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)根據(jù)外部環(huán)境對(duì)鋼板的腐蝕及儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁的磨損考慮1～2mm耐磨層厚度，確保設(shè)計(jì)強(qiáng)度；設(shè)置環(huán)向及豎向加勁肋以保證鋼板倉(cāng)的穩(wěn)定；加勁肋與鋼板倉(cāng)壁有效連接，以保證內(nèi)力均勻傳遞。

[1]陳輝.圓形水泥鋼筒倉(cāng)有限元分析及其在工程中的應(yīng)用[D].武漢理工大學(xué)，2006.

[2]崔元瑞.我國(guó)貯料構(gòu)筑物建設(shè)的發(fā)展與回顧[J].特種結(jié)構(gòu)，2000（1）.

[3]GB50322-2011，糧食鋼板筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]SB/T10743-2012，焊接式散裝水泥鋼板筒倉(cāng)[S].

[5]GB50884-2013，鋼筒倉(cāng)技術(shù)規(guī)范[S].

西門子以數(shù)字化助力工業(yè)提高生產(chǎn)力

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是簡(jiǎn)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的管理。西門子將在2015年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展示一個(gè)當(dāng)前正在開(kāi)展的有關(guān)該主題的項(xiàng)目——“Effort?less Communication（輕松通訊）”。在工程設(shè)計(jì)階段分配的地址，可被再次分配至自動(dòng)化裝置。因此，這些設(shè)備可為自己自動(dòng)分配唯一地址，而無(wú)需配備中心實(shí)體，如地址服務(wù)器等。此外，該系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化遠(yuǎn)程服務(wù)的使用，并增強(qiáng)其安全性。該項(xiàng)目的研究結(jié)果可用于建立和運(yùn)行未來(lái)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

另外，西門子將展示全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（IDS）領(lǐng)域的全新驅(qū)動(dòng)技術(shù)組件。具備最高能效和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的Simotics磁阻電機(jī)、新軸高型號(hào)Simotics FD低壓電機(jī)以及模塊化Simotics HV M系列高壓電機(jī)都進(jìn)一步豐富了西門子龐大的電機(jī)產(chǎn)品陣容。西門子過(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)首席執(zhí)行官何維克指出：“我們的過(guò)程工業(yè)客戶現(xiàn)在必須應(yīng)對(duì)更高的復(fù)雜性，同時(shí)還要最大限度提高能效。借助IDS，我們可提供全面的端到端的全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：幾乎所有西門子驅(qū)動(dòng)組件都可以無(wú)縫集成到其任何驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、任何自動(dòng)化環(huán)境和工廠的整個(gè)生命周期中。因此，我們將能夠改善整個(gè)價(jià)值鏈的所有環(huán)節(jié)。”驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制和生產(chǎn)層的端到端聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)智能的、自優(yōu)化的、自主生產(chǎn)流程。

TQ172.683

A

1001-6171（2015）02-0027-02

中材國(guó)際海外事業(yè)發(fā)展公司，北京100102；

2014-09-30；編輯：呂光