大直徑貯倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)研究

劉超

摘 要：貯倉(cāng)是主要用于貯存、運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，貯倉(cāng)不盡占地少、容量大，而且所貯存的物料運(yùn)轉(zhuǎn)通暢，因此，貯倉(cāng)已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到工業(yè)建筑和公共建筑中。本文通過(guò)對(duì)大直徑貯倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期加強(qiáng)貯倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高貯倉(cāng)使用壽命。

關(guān)鍵詞：大直徑；貯倉(cāng)倉(cāng)底；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尤其是工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)對(duì)于物料儲(chǔ)存的要求也越來(lái)越高，應(yīng)此要求，貯倉(cāng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，尤其是其中的鋼貯倉(cāng)，具有安裝方便、儲(chǔ)存量大的優(yōu)點(diǎn)，而針對(duì)大直徑的貯倉(cāng)，要想保證物料貯存的科學(xué)合理，就需要對(duì)貯倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證貯倉(cāng)功能的發(fā)揮。

一、貯倉(cāng)的受力特點(diǎn)分析

對(duì)于大直徑貯倉(cāng)來(lái)說(shuō)，由于形狀不同，因此導(dǎo)致對(duì)貯倉(cāng)各個(gè)構(gòu)件的受力狀態(tài)也不同。大直徑貯倉(cāng)的倉(cāng)底結(jié)構(gòu)主要分為兩個(gè)部分，包括倉(cāng)底漏斗結(jié)構(gòu)與倉(cāng)底支承結(jié)構(gòu)[ 1 ]。

倉(cāng)底漏斗結(jié)構(gòu)和倉(cāng)壁澆筑為一體，因此，漏斗層結(jié)構(gòu)上的荷載會(huì)直接轉(zhuǎn)到倉(cāng)壁或者與倉(cāng)壁相連的環(huán)梁上面。這樣的整體連接，能夠保證漏斗壁和倉(cāng)壁產(chǎn)生相互拉結(jié)的效果，倉(cāng)壁會(huì)受到貯料水平壓力的作用，由此導(dǎo)致其容易出現(xiàn)變形情況，而相互拉結(jié)產(chǎn)生的效果正好能夠彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題，對(duì)變形產(chǎn)生限制作用。

不同的倉(cāng)底支撐結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于大直徑筒倉(cāng)內(nèi)力的影響也有所不同。對(duì)于大直徑的筒倉(cāng)來(lái)說(shuō)，倉(cāng)底結(jié)構(gòu)主要分為倉(cāng)底板及倉(cāng)底板與倉(cāng)壁脫開(kāi)兩種形式，對(duì)于倉(cāng)底支承結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)充分考慮倉(cāng)壁內(nèi)外的應(yīng)力分布情況，如果邊緣效應(yīng)不同，而且約束條件不同，就會(huì)導(dǎo)致筒倉(cāng)的最大環(huán)向拉應(yīng)力也不相同，出現(xiàn)的位置也不同，如果約束越弱，則最大環(huán)向拉應(yīng)力也越大，而且應(yīng)力位置也會(huì)越靠下[ 2 ]。

由此可見(jiàn)，對(duì)于大直徑的貯倉(cāng)來(lái)說(shuō)，其倉(cāng)底結(jié)構(gòu)由于形狀不同，所需要承受的應(yīng)力也有所不同，這就需要根據(jù)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)的具體情況進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證貯倉(cāng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，提高貯倉(cāng)的使用壽命及抗震性能，提高貯倉(cāng)使用的經(jīng)濟(jì)效益。

二、大直徑貯倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

（一）倉(cāng)底漏斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

倉(cāng)底漏斗結(jié)構(gòu)與倉(cāng)壁是現(xiàn)澆為一體的，因此，通過(guò)漏斗層結(jié)構(gòu)的荷載，倉(cāng)底漏斗與倉(cāng)壁會(huì)實(shí)現(xiàn)整體連接[ 3 ]。通過(guò)整體連接，能夠避免倉(cāng)壁出現(xiàn)變形的情況，而且還能夠?qū)}(cāng)壁的裂縫進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。但此種結(jié)構(gòu)形式，會(huì)導(dǎo)致倉(cāng)壁的連續(xù)滑模施工受到影響。

為了避免筒壁連續(xù)滑模施工受到制約，可以等筒壁滑模施工之后，再對(duì)倉(cāng)底的漏斗層進(jìn)行施工處理，而這成為非整體連接性結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)形式可以保證滑模施工的連續(xù)性，大大提高了施工進(jìn)度。同時(shí)也不需要考慮倉(cāng)壁余漏斗環(huán)梁之間所產(chǎn)生的互相作用力。隨著此種結(jié)構(gòu)形式不影響滑模連續(xù)施工，但卻會(huì)導(dǎo)致倉(cāng)壁與漏斗壁之間缺少連接，更會(huì)對(duì)筒壁應(yīng)力產(chǎn)生一定影響。

（二）倉(cāng)下支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于倉(cāng)下支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型，應(yīng)當(dāng)充分考慮倉(cāng)底的形式、倉(cāng)底設(shè)計(jì)工藝及倉(cāng)底基礎(chǔ)類別。對(duì)于圓通筒倉(cāng)的倉(cāng)下支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要采用柱支承、筒壁支承及內(nèi)柱和筒壁共同支承的形式[ 4 ]。倉(cāng)下支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要是在卸料口的周圍布置圓形內(nèi)筒，對(duì)于內(nèi)筒的直徑設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)充分考慮卸料口，應(yīng)確保能夠確保包圍卸料口。另外，可以在貯倉(cāng)的內(nèi)筒壁及外筒壁之間設(shè)計(jì)圓錐形的漏斗壁，而且漏斗壁的上端，應(yīng)當(dāng)以筒壁或筒壁的扶壁柱為支承，而漏斗壁的下端則要以內(nèi)筒為支承。本文主要考慮柱支承與筒壁支承兩種形式。

1.柱支承

柱支承結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)當(dāng)考慮筒倉(cāng)中柱子所占的基礎(chǔ)面積以及柱子的軸向力，在計(jì)算邊柱時(shí)，則要考慮地基反力中的彈性分布情況。根據(jù)柱子所占倉(cāng)底板的面積，對(duì)柱的軸向力進(jìn)行計(jì)算。除此之外，柱支承還應(yīng)當(dāng)充分考慮由于風(fēng)荷載力所產(chǎn)生的軸向力及彎矩。

除了結(jié)構(gòu)支承計(jì)算外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)柱支承筒倉(cāng)的抗震進(jìn)行計(jì)算，對(duì)此可以采用底部剪力法，對(duì)此，可以采用單質(zhì)點(diǎn)模型方法，將質(zhì)點(diǎn)設(shè)置在柱頂位置，地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置在筒倉(cāng)倉(cāng)體及貯料的重心位置。地震影響系數(shù)的計(jì)算，要考慮地震的強(qiáng)度、場(chǎng)地指數(shù)以及結(jié)構(gòu)性的自震周期，依次畫(huà)出地震影響系數(shù)曲線，從而確定抗震計(jì)算結(jié)果。

2.筒壁支承

對(duì)于大直徑的圓形筒倉(cāng)，可以采用筒壁支承或者筒壁和內(nèi)柱共同支承的方法。在應(yīng)用筒壁支承方法時(shí)，應(yīng)充分考慮垂直荷載力及水平荷載力，在此基礎(chǔ)上對(duì)水平凈截面的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算處理[ 5 ]。在垂直荷載力及整體彎曲所產(chǎn)生的彎矩作用之下，如果筒壁上有洞口，計(jì)算水平凈截面強(qiáng)度時(shí)要減去洞口的面積，如果洞口筒壁的寬度≤5倍的壁厚，則應(yīng)當(dāng)按照柱子進(jìn)行計(jì)算，以確保筒壁在荷載力的作用下仍有足夠穩(wěn)定性及強(qiáng)度。

除了筒壁支承計(jì)算外，還要考慮筒壁支承的抗震性能，對(duì)于筒壁支承的抗震計(jì)算，可以根據(jù)剪力法進(jìn)行計(jì)算，倉(cāng)體與倉(cāng)上的建筑物，則應(yīng)當(dāng)采用多質(zhì)點(diǎn)的體系模型方法進(jìn)行計(jì)算處理。

通過(guò)上述分析可知，筒壁支承的安全系數(shù)要顯著高于柱支承，倉(cāng)體和倉(cāng)下的支承結(jié)構(gòu)連接面也會(huì)變得緩和一些，柱支承的剛度變化較為突然，由此會(huì)導(dǎo)致倉(cāng)壁的應(yīng)力較為集中，倉(cāng)壁壓力大，也就增加了貯倉(cāng)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定型。而如果能夠?qū)⑼脖谥С信c柱支承聯(lián)合實(shí)施，可以將倉(cāng)壁基礎(chǔ)與地基的接觸面擴(kuò)大，從而增加倉(cāng)壁阻力，保證倉(cāng)壁的穩(wěn)定性，正是由于此，筒壁支承的抗震性能也優(yōu)于柱支承。

三、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大直徑的貯倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)當(dāng)充分考慮倉(cāng)底漏斗結(jié)構(gòu)與倉(cāng)底支承結(jié)構(gòu)兩種形式的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，以保證貯倉(cāng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在對(duì)大直徑貯倉(cāng)倉(cāng)底結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果采用柱支承，可以選擇應(yīng)用柱墻混合形式的支承結(jié)構(gòu)，如果是倉(cāng)底漏斗結(jié)構(gòu)，則可以采用圓錐形漏斗壁結(jié)構(gòu)形式，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，也更好的滿足貯倉(cāng)倉(cāng)底的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉瑞軍.鋼筋混凝土筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造探討[J].山西建筑，2014，14（17）：32-33.

[2] 周寶山，武洲鵬.預(yù)應(yīng)力鋼筋在選煤廠鋼筋混凝土筒倉(cāng)中貢獻(xiàn)度的探討[J].煤炭加工與綜合利用，2013，16（S1）：67-69.

[3] 楊海林，崔林萌，田亞珍.大直徑貯倉(cāng)幾個(gè)局部構(gòu)造設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介[J].露天采礦技術(shù)，2013，245（04）：89-91+96.

[4] 褚海霞.水泥廠鋼筋混凝土圓形筒倉(cāng)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，114（09）：1418-1421+1429.

[5] 尹冠生，黃義，陳皆民.考慮地基相互作用時(shí)筒倉(cāng)模型的靜力實(shí)驗(yàn)研究及有限元分析[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2012，47（03）：369-375.