仇新義

【摘要】鋼板筒倉結(jié)構(gòu)具有占地面積小、存取方便、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國鋼產(chǎn)量提高，鋼結(jié)構(gòu)憑借抗震性能好等特性在我國各行業(yè)廣泛應(yīng)用，在倉儲建筑中出現(xiàn)大批鋼板筒倉結(jié)構(gòu)，但對受力性能研究有待完善。本文對倉儲建筑平底鋼板筒倉鋼材力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，按照《糧食鋼板筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》不同理論方法驗(yàn)算鋼板筒倉受力性能狀態(tài)，對不同糧食散料儲料為小麥計(jì)算值比儲料玉米偏大，理論計(jì)算驗(yàn)證筒倉結(jié)構(gòu)安全。對裝配式鋼板筒倉進(jìn)行試驗(yàn)檢測，分析得出靜態(tài)筒倉內(nèi)力分布與理論分析值相近。采用有限元軟件建立分析模型，分析反映筒倉結(jié)構(gòu)在材料彈性階段工作，可對筒倉結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】裝配式倉儲建筑;平底鋼板筒倉;受力分析

我國早期糧倉建筑中有西安半坡遺址儲糧窯倉，隋唐含嘉倉等，我國儲糧建倉歷史悠久，為糧倉建筑科技發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，筒倉建筑在冶金、電力等諸多行業(yè)應(yīng)用，各行業(yè)對散裝物料儲運(yùn)需求不斷提高，目前單體筒倉達(dá)百萬噸級，筒倉具有存儲量大，便于機(jī)械化作用等優(yōu)點(diǎn)，常見結(jié)構(gòu)形式有鋼混筒倉與鋼板結(jié)構(gòu)，隨著我國鋼產(chǎn)量提高鋼結(jié)構(gòu)以其施工方便等特點(diǎn)在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，倉儲建筑中出現(xiàn)大批鋼板筒倉。

1、糧食倉儲建筑鋼板筒倉結(jié)構(gòu)簡述

糧食鋼板筒倉是儲糧鋼結(jié)構(gòu)直立容器，主要形式有焊接鋼板、螺栓裝配波紋鋼板，螺栓裝配肋型結(jié)雙壁結(jié)構(gòu)等【1】。按使用材料不同分為磚筒倉，木筒倉等。砼筒倉是常見筒倉結(jié)構(gòu)，大多工程實(shí)踐選用圓形筒倉。鋼混筒倉按結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件不同分為高架式與落地式筒倉。工業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)工藝要求筒倉結(jié)構(gòu)直徑12m以下，采用筒壁支撐架空式結(jié)構(gòu)，直徑15m以上采用落地式平底倉。鋼板筒倉具有經(jīng)濟(jì)性較好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，按工藝不同主要結(jié)構(gòu)形式為裝配式波紋與利物浦螺旋卷邊筒倉。

2、鋼板筒倉理論分析

筒倉結(jié)構(gòu)散料荷載機(jī)理復(fù)雜，由于筒倉內(nèi)特殊環(huán)境隨著不同直徑高度筒倉散料流動形態(tài)，環(huán)境溫濕度等內(nèi)外部因素變化需采用不同分析方法，國內(nèi)外進(jìn)行長期研究，但對現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)檢測平底鋼板筒倉實(shí)驗(yàn)研究較少，本文對平底鋼板筒倉工程實(shí)例理論分析，為實(shí)驗(yàn)檢測分析提供依據(jù)。

2.1筒倉理論計(jì)算

當(dāng)前理論分析是計(jì)算圓倉壁側(cè)壓力主要研究方法，Janssen理論是取得數(shù)據(jù)制定筒倉規(guī)范采用最多理論，主要計(jì)算深倉倉壁側(cè)壓力，Janssen公式在理論方面接近實(shí)際，按Janssen理論設(shè)計(jì)筒倉在內(nèi)部散料流動時(shí)曾出現(xiàn)倒塌破壞，由于散料作用于筒倉壁產(chǎn)生大水平動壓力，與筒倉中心卸料方式偏心卸料有關(guān)。各國規(guī)范動壓公式采用Janssen公式，主要利用靜態(tài)散料壓力公式表達(dá)使用動態(tài)壓力值。我國《糧食鋼板筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》參考國外規(guī)范計(jì)算動態(tài)壓力值。

研究裝配式平底鋼板筒倉使用鋼材根據(jù)結(jié)構(gòu)受力性能采用不同材料，筒倉壁是鋼板筒倉主要受力結(jié)構(gòu)部位，其倉壁厚度，使用結(jié)構(gòu)形式等影響鋼板結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。筒倉壁采用進(jìn)口鋼材SGH340，鋼材在WDW-300微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。研究筒倉壁進(jìn)口鋼材強(qiáng)度與我國鋼材Q420材料相近，建議為提高鋼板筒倉結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性使用Q420鋼材。

2.2筒倉結(jié)構(gòu)計(jì)算

研究平底鋼板筒倉壁采用波紋板，鋼板構(gòu)件采用螺栓連接，倉壁高H=18.74m，筒倉直徑為11.83m.根據(jù)規(guī)范要求鋼板筒倉分為深淺倉，本文裝配式平底鋼板筒倉hn/dn>1.5為深倉【2】。由于不同合載工況，研究鋼板筒倉結(jié)構(gòu)受力分布不同，通過不同理論糧食散料計(jì)算分析，掌握鋼板筒倉不同工況的受力。散料荷載是鋼板筒倉結(jié)構(gòu)主要荷載作用，機(jī)理復(fù)雜，主要包括散料作用對倉壁水平壓力，對筒倉底豎向壓力等。

國外大多數(shù)以楊森理論公式計(jì)算筒倉儲糧荷載靜態(tài)壓力，計(jì)算結(jié)果可滿足現(xiàn)場鋼板筒倉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，淺倉儲梁對倉壁水平壓力按庫倫理論為計(jì)算公式，裝糧高度較大直徑淺倉要求按深倉計(jì)算儲糧對倉壁水平壓力。由于受力機(jī)理復(fù)雜以驗(yàn)算工程實(shí)例鋼板筒倉對比楊森理論不同，計(jì)算筒倉壁壓力標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)范提出庫倫理論計(jì)算，淺倉公式計(jì)算值比深倉計(jì)算值差異明顯。筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對不同糧食散料應(yīng)分別計(jì)算考慮對結(jié)構(gòu)不利因素。深倉卸糧時(shí)動態(tài)壓力涉及因素較多，對散料動態(tài)壓力機(jī)理未達(dá)成共識，鋼板筒倉儲糧流動時(shí)散料荷載作用對倉壁壓力增大。我國筒倉設(shè)計(jì)參考國外筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范，儲糧作用于筒倉壁動態(tài)壓力值等于動靜態(tài)壓力修正系數(shù)相乘。

3、鋼板筒倉現(xiàn)場測試分析

國內(nèi)外有學(xué)者從事筒倉壁壓實(shí)驗(yàn)研究，由于測量技術(shù)落后等原因理論與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果差異大。隨著精確實(shí)驗(yàn)研究廣泛開展，散料對倉體作用成為世界研究熱點(diǎn)問題，各國學(xué)者大部分對倉內(nèi)散料靜態(tài)倉壁壓力作為研究動態(tài)卸料壓力的基礎(chǔ)，動態(tài)壁壓力在靜態(tài)基礎(chǔ)上修正，本文研究平底鋼板筒倉工程實(shí)例實(shí)驗(yàn)。

3.1實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)糧食鋼板筒倉工程實(shí)例某工廠建立裝配式平底筒倉，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，施工現(xiàn)場將工廠預(yù)制波紋板采用螺栓連接，倉壁高H=18.74m，施工周期短，是常用糧食鋼板筒倉。為掌握平底鋼板筒倉使用下結(jié)構(gòu)受力性能，筒倉進(jìn)卸料下內(nèi)力分布等結(jié)構(gòu)性能分析，了解鋼板筒倉承載能力，研究糧食鋼板筒倉檢測結(jié)果與有限元分析對比研究提供依據(jù)，為設(shè)計(jì)制造鋼板筒倉結(jié)構(gòu)提供參考。

鋼板筒倉檢測采用電測法，通過電阻應(yīng)變片獲得電信號，檢測前根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析結(jié)果確定測點(diǎn)位置，實(shí)驗(yàn)檢測采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，通過應(yīng)變儀傳輸給電腦檢測，可配接應(yīng)變，溫度等傳感器。通過接口擴(kuò)展到1000點(diǎn)，各測點(diǎn)橋路形式獨(dú)立，提供操作方便的軟件。平底鋼板監(jiān)測點(diǎn)布置在倉壁板等受力構(gòu)件，檢測點(diǎn)對稱布置考慮線路損壞導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)丟失，根據(jù)鋼板筒倉受力特點(diǎn)，在各工況段檢測倉壁板等受力構(gòu)件，布設(shè)測點(diǎn)考慮重點(diǎn)部位，測點(diǎn)需溫度補(bǔ)償。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)工程實(shí)例平地鋼板筒倉情況，對筒倉使用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測。實(shí)驗(yàn)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場檢測，檢測中筒倉加料在白天進(jìn)行，筒倉進(jìn)料160t，卸料階段在晚上進(jìn)行，卸料60t，實(shí)驗(yàn)檢測分析平底鋼板筒倉使用下結(jié)構(gòu)受力具有代表性。隨著筒倉進(jìn)料增加對實(shí)驗(yàn)檢測鋼板筒倉內(nèi)力分布影響，筒倉受力機(jī)理復(fù)雜，受到糧食散料對筒倉壁豎向摩擦力，討論同荷載下不同散料狀態(tài)下倉壁受力機(jī)理。

試驗(yàn)階段筒倉內(nèi)糧食散料不斷變化，隨著荷載變化散料顆粒密實(shí)度變化，倉壁受力影響因素較多，但對比試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)值相近，糧食散料荷載對倉壁環(huán)向應(yīng)變力起到主要作用。由于筒倉高度較大，檢測結(jié)構(gòu)不利內(nèi)力小，但在筒倉進(jìn)料階段，倉壁中間材料強(qiáng)度處于不利地位。筒倉使用中內(nèi)力不利，深倉結(jié)構(gòu)不會在頂部采取構(gòu)造措施進(jìn)行局部加強(qiáng)，倉底部位采用較厚豎向加強(qiáng)筋。根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測研究，建議對深倉根據(jù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)在倉壁中間采取局部加強(qiáng)構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]毋菲菲.落地式鋼板筒倉豎向加勁肋在糧食荷載作用下穩(wěn)定性研究[D].河南工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]丁花超.高架式鋼板筒倉力學(xué)性能分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[D].鄭州大學(xué)，2016.

（本文作者單位為河南工大設(shè)計(jì)研究院，河南，450001）