孫維才 遲家琦

摘 要：本文介紹了一些筒倉壓力計(jì)算的一些經(jīng)典公式，及我國現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的筒倉壓力計(jì)算公式的由來，闡述了規(guī)范中公式的確立原則。

關(guān)鍵詞：Janssen理論；深倉；淺倉；大型圓筒倉

1 引言

在火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中貯煤筒倉是運(yùn)煤系統(tǒng)非常重要構(gòu)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(cè)壓力計(jì)算方法劃分為深倉和淺倉，當(dāng)筒倉內(nèi)貯料計(jì)算高度h0與圓形筒倉內(nèi)徑dn或與矩形筒倉的短邊bn之比大于或等于1.5時(shí)為深倉，小于1.5時(shí)為淺倉。

貯料壓力計(jì)算時(shí)筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，直接影響到筒倉結(jié)構(gòu)的安全性能。

一個(gè)多世紀(jì)以來，人類對(duì)筒倉貯料壓力的研究作了很多工作，其中尤以德國學(xué)者楊森（Janssen）的影響最為顯著。國內(nèi)外多個(gè)筒倉規(guī)范均是按楊森公式計(jì)算筒倉豎向壓力，僅對(duì)側(cè)壓力系數(shù)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(cè)壓力系數(shù)時(shí)認(rèn)為倉壁是光滑的，采用了蘭金（Rankine）的極限平衡主動(dòng)土壓力系數(shù)，這是個(gè)理論上的矛盾。前述的國內(nèi)多個(gè)規(guī)范考慮了筒倉卸料時(shí)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(shù)，求的卸料壓力。

由于國內(nèi)外筒倉事故屢有發(fā)生，貯料壓力計(jì)算問題成為急需設(shè)計(jì)者和研究者不斷深化認(rèn)識(shí)的課題。本文將筒倉側(cè)壓力主要的一些計(jì)算方法進(jìn)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(jù)貯料水平微單元體的靜力平衡，推導(dǎo)出了貯料壓力強(qiáng)度的計(jì)算公式，即著名的Janssen 公式。在推導(dǎo)時(shí)，作了如下的基本假設(shè)：（1）貯料處于靜止?fàn)顟B(tài)。（2）在筒倉內(nèi)同一水平面上的各點(diǎn)的豎向壓力是相等的。（3）貯料在任一點(diǎn)處的水平壓力p與垂直壓力q成正比。（4）不計(jì)倉底對(duì)貯料壓力的影響，即假定為無限深倉。（5）貯料為均勻密實(shí)、不可壓縮的散體。

垂直壓力為

上述四種經(jīng)典理論中采用Janssen公式和Rankine公式計(jì)算時(shí)，計(jì)算高度h取貯料錐頂重心至所計(jì)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(jì)算截面處的距離。

3 綜述

前述的Janssen理論是取筒倉內(nèi)貯料的微單元靜力平衡條件，求得倉內(nèi)貯料作用在倉壁上的壓力。但是人們?cè)谕矀}卸料過程中發(fā)現(xiàn)，貯料在倉內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)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(xué)者在筒倉貯料壓力的研究方面做出的很多實(shí)驗(yàn)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(shí)際壓力。正如許多筒倉學(xué)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(shí)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(cè)壓力系數(shù)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(jìn)行筒倉設(shè)計(jì)時(shí)比其它方法簡便，所以目前各國筒倉規(guī)范對(duì)貯料壓力的計(jì)算，仍采用各自修正后的Janssen公式。

4 結(jié)束語

本文介紹了四種筒倉壓力計(jì)算的經(jīng)典理論，分析給出了我國現(xiàn)行《筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》中側(cè)壓力計(jì)算公式的由來，并簡要分析了我國現(xiàn)行規(guī)范中公式的確立原則，望對(duì)筒倉設(shè)計(jì)者有所參考。

參考文獻(xiàn)

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