中圖分類號(hào)：TU398.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2025）08-0069-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.08.012

Abstract：[Purposes] This paper aims to investigate the mechanical performance of the steel plateconcrete composite wall of the prefabricated underground grain silo with a new circumferential joint. [Methods] Taking a prefabricated steel plate-concrete underground grain silo in southern Henan as the research object，the changes in earth pressure on the silo wall during backfilling，the stress changes of the inner lining steel plate，joint steel plate，circumferential reinforcement and vertical reinforcement underdifferent backfilling conditions were measured，and the mechanical performance of the composite wall was analyzed.[Findings] The results show that the test earth pressure is greater than the active earth pressure and the static earth pressure but less than the passive earth pressure.The new circumferential joint has an impact on the circumferential stress of the inner lining steel plate and the circumferential reinforcement.The stress of the inner lining steel plate is greater than that at the joint steel plate，and the stress of the inner lining steel plate andthe circumferential reinforcement is larger in the middle and smalleron bothsides along the circumferential direction.The vertical reinforcement is subjected to less force in the middle along the height direction of the silo wall.[Conclusions] The overall mechanical performance of the composite wall is good.The middle part of the inner lining steel plate and the circumferential reinforcement ina single prefabricated block is subjected to greater force，so itis recommended to strengthen support measures in the structural design.

Keywords： prefabricated; steel plate-concrete;underground granary; backfilling process

0 引言

近年來，為了提高土地使用效率并促進(jìn)節(jié)能減排，人們正積極研發(fā)與構(gòu)建新型地下糧倉(cāng)。地下糧倉(cāng)利用了淺層的自然低溫與密閉環(huán)境，為糧食創(chuàng)造了一個(gè)封閉且低溫的儲(chǔ)存條件，從而有效延緩了糧食品質(zhì)的下降，并可以阻止害蟲滋生，這種做法完全契合綠色生態(tài)儲(chǔ)糧的理念?，F(xiàn)有的研究大多針對(duì)鋼筋混凝土地下糧倉(cāng)，相關(guān)學(xué)者[1-3]對(duì)鋼筋混凝土地下糧倉(cāng)倉(cāng)壁進(jìn)行受力試驗(yàn)與數(shù)值模擬，研究了地下糧倉(cāng)倉(cāng)壁結(jié)構(gòu)的選型問題與受力規(guī)律。相關(guān)研究已經(jīng)證明鋼筋混凝土地下糧倉(cāng)結(jié)構(gòu)的可靠性，但是還存在防水抗?jié)B難、濕作業(yè)周期長(zhǎng)等問題。為解決防水難題，張昊等[4]、張祥祥等[5]將PVC防水材料應(yīng)用于地下糧倉(cāng)，研究了倉(cāng)壁內(nèi)襯PVC水晶板接縫的抗剪強(qiáng)度及其與混凝土結(jié)合的防水性能。

裝配式技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，研究證明其在類似裝配式地下結(jié)構(gòu)的可靠性[6-8]，為進(jìn)一步改善地下糧倉(cāng)的性能，王振清等9分析了裝配式地下糧倉(cāng)鋼板-混凝土組合倉(cāng)壁節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，得出裝配式倉(cāng)壁的結(jié)構(gòu)計(jì)算可以等效為現(xiàn)澆無接頭倉(cāng)壁結(jié)構(gòu)計(jì)算，首次將鋼板-混凝土組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用于地下糧倉(cāng)[0]；王振清等[1I-12]對(duì)新型接頭進(jìn)行抗壓試驗(yàn)與模擬，對(duì)比分析有接頭與無接頭地下糧倉(cāng)變形與受力性能，結(jié)果表明裝配式接頭的設(shè)計(jì)方法對(duì)倉(cāng)壁整體適用;張昊等[13-14]基于前期研究成果，提出了一種基于梯形傳力鋼板連接的節(jié)點(diǎn)形式，但該節(jié)點(diǎn)仍存在施焊條件差、焊接成本高等問題，在此基礎(chǔ)上，對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于螺栓和焊縫組合的新型節(jié)點(diǎn)形式，并對(duì)采用此節(jié)點(diǎn)的鋼板-混凝土組合倉(cāng)壁足尺試件進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和有限元數(shù)值分析，然而節(jié)點(diǎn)的防水性能還有待驗(yàn)證。

盡管目前對(duì)于裝配式地下糧倉(cāng)的研究取得了各種進(jìn)步，但仍然需要改進(jìn)接頭，以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)施工困難，并確保有效防水。在此基礎(chǔ)上，本研究提出了一種新型連接形式，即利用內(nèi)、外接頭鋼板將預(yù)制糧倉(cāng)組合倉(cāng)壁進(jìn)行焊接和組裝，通過全尺寸現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析不同回填工況下地下糧倉(cāng)倉(cāng)壁鋼板和鋼筋的應(yīng)力變化規(guī)律。

1試驗(yàn)概況

本研究以豫南某試驗(yàn)地下糧倉(cāng)為背景，該地下倉(cāng)為裝配式組合結(jié)構(gòu)，主要由現(xiàn)澆鋼板-混凝土組合倉(cāng)頂，裝配式鋼板-混凝土組合倉(cāng)壁和現(xiàn)澆鋼板-混凝土組合倉(cāng)底等3部分構(gòu)成，倉(cāng)底與倉(cāng)壁之間設(shè)有抗浮平臺(tái)。本試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)直徑為 2 5 m ，倉(cāng)壁厚度為3 1 0 m m ，徑厚比超過80：1；倉(cāng)頂埋深 4 . 6 m ，倉(cāng)壁埋深 9 . 9 m ，整倉(cāng)埋深 2 3 . 8 m ，具體如圖1所示。倉(cāng)壁混凝土厚度為 ，內(nèi)襯鋼板厚度為 1 0 m m ，倉(cāng)底內(nèi)襯鋼板厚度為 8 m m ，倉(cāng)頂鋼板厚度為 6 m m ，組合倉(cāng)壁由預(yù)制組合塊和課題組提出的新型環(huán)向接頭構(gòu)成，接頭如圖2所示。每層倉(cāng)壁由12個(gè)預(yù)制塊和環(huán)向接頭構(gòu)成，豎向接頭內(nèi)附 1 6 m m 內(nèi)止水鋼板，外附 1 0 m m 外止水鋼板，組合倉(cāng)壁安裝完成后再向環(huán)向接頭內(nèi)現(xiàn)澆混凝土，倉(cāng)壁上下由榫對(duì)接干式接頭連接，豎向接頭高 。

圖1裝配式組合地下糧倉(cāng)整體三維示意

2測(cè)點(diǎn)布置

2.1土壓力測(cè)點(diǎn)為了確定回填過程中組合倉(cāng)壁所受水土壓力的分布規(guī)律，在倉(cāng)壁外側(cè)接頭鋼板上沿著高度方向布置土壓力計(jì)，從倉(cāng)壁底部沿著倉(cāng)壁豎向距離現(xiàn)澆段倉(cāng)壁底部 0 . 7 m 處開始，每間隔 1 . 1 m 布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置10個(gè)土壓力計(jì)，用編號(hào) 表示。

2.2 鋼板測(cè)點(diǎn)

為了測(cè)量?jī)?nèi)襯鋼板在土壓力作用下的環(huán)向應(yīng)力，在內(nèi)襯鋼板與倉(cāng)壁混凝土接觸面上布置振弦式鋼筋計(jì)，測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示，以 C Ba b n 表示各測(cè)點(diǎn)， a=1～3 表示沿圓周方向選取的預(yù)制塊； b=1～5 表示單個(gè)預(yù)制塊沿環(huán)向布置的測(cè)點(diǎn)， n=1～3 表示豎向測(cè)點(diǎn)，從下到上共3層分別表示1.15、2.40和 3 . 6 5 m 高度處的測(cè)點(diǎn)。為得到倉(cāng)壁內(nèi)接頭鋼板應(yīng)力變化規(guī)律，通過在倉(cāng)壁每隔 接頭鋼板布置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，圖4為第一個(gè)接頭處測(cè)點(diǎn)布置，從第1層到第2層分別為 。

2.3 鋼筋測(cè)點(diǎn)

為了確定環(huán)向鋼筋在土壓力作用下的應(yīng)力變化規(guī)律，在環(huán)向鋼筋上布置振弦式鋼筋測(cè)力計(jì)，測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示，以HJabn表示各個(gè)測(cè)點(diǎn)， a=1～3 表示沿圓周方向選取的預(yù)制塊，共3組； b=1～5 表示單個(gè)預(yù)制塊沿環(huán)向布置的測(cè)點(diǎn)，共布置5個(gè)， n=1～3 表示豎向測(cè)點(diǎn)，從下到上共3層分別表示1.15、2.40和 3 . 6 5 m 高度處的測(cè)點(diǎn)。為了得到豎向鋼筋在土壓力作用下的應(yīng)力變化規(guī)律，在豎向鋼筋上布置振弦式鋼筋測(cè)力計(jì)，測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示，以 S Ja b n 表示， a=1～3 沿圓周方向選取的預(yù)制塊； b=1～3 表示單個(gè)預(yù)制塊沿環(huán)向布置的測(cè)點(diǎn)， n=1～3 表示豎向測(cè)點(diǎn)，從下到上共3層分別表示1.15、2.40和 3 . 6 5 m 高度處的測(cè)點(diǎn)。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

當(dāng)倉(cāng)體主體結(jié)構(gòu)施工完畢后，開始進(jìn)行回填。選用由泥漿、水泥、減水劑按 1 0 ： 2 ： 0 . 4 的比例制成的泥漿混合物進(jìn)行回填。整個(gè)回填過程根據(jù)不同回填階段的回填深度分為6個(gè)工況，分別距離抗浮平臺(tái)頂面2.5、5.5、8.5、9.8、11.0和 1 2 . 4 m 。

3.1 土壓力分析

各填土工況倉(cāng)壁沿高度方向所受土壓力的變化規(guī)律如圖7所示。由于工況1填土高度較低，土壓力記錄數(shù)據(jù)較少，分布規(guī)律不明顯，因此，圖7中只對(duì)工況2＼～6進(jìn)行分析。由圖7可知，隨著回填深度的增加，倉(cāng)壁外側(cè)同一測(cè)點(diǎn)處所受土壓力逐漸增大?；靥钌疃葹?1 2 . 4 m 時(shí)（工況6），倉(cāng)壁外側(cè)所受土壓力與靜止土壓力、主動(dòng)土壓力及被動(dòng)土壓力的對(duì)比如圖8所示。由圖8可知，試驗(yàn)土壓力大于主動(dòng)王壓力和靜止土壓力但小于被動(dòng)王壓力，土壓力測(cè)試值的大小會(huì)受到不同因素的影響，如回填土體與計(jì)算土體材料的差異、施工現(xiàn)場(chǎng)回填質(zhì)量等。綜合該試驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)參考文獻(xiàn)15建議對(duì)地下糧倉(cāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及在分析計(jì)算時(shí)采用被動(dòng)土壓力。

3.2 鋼板應(yīng)力分析

在回填過程中由于工況1回填高度太低，工況5已經(jīng)完全覆蓋了倉(cāng)壁段，因此對(duì)工況2、工況3、工況4接頭鋼板與內(nèi)襯鋼板的環(huán)向應(yīng)力進(jìn)行分析，根據(jù)對(duì)稱性原則，圓周方向只取測(cè)點(diǎn) （圖 進(jìn)行分析。不同工況鋼板環(huán)向應(yīng)力分布規(guī)律如圖9所示。由圖9可知，不同工況下鋼板均受壓應(yīng)力，內(nèi)襯鋼板應(yīng)力隨倉(cāng)壁埋深的增大（測(cè)點(diǎn)高度減小）而減小，測(cè)試范圍內(nèi)最大值出現(xiàn)在3 . 6 5 m 處，這種變化主要是由于浮力引起的剪切力和地下倉(cāng)底部的彎矩抵消了土壓力，因此，在測(cè)量區(qū)域內(nèi)，鋼筋環(huán)向應(yīng)力與土壓力分布規(guī)律不同，在測(cè)量范圍內(nèi)呈現(xiàn)隨高度的增加而增大的趨勢(shì)；內(nèi)襯鋼板應(yīng)力隨環(huán)向角度增大呈先增大后減小的趨勢(shì)，其原因主要是離環(huán)向接頭近的測(cè)點(diǎn)受到環(huán)向接頭的影響，導(dǎo)致在 和 的位置內(nèi)襯鋼板所受環(huán)向應(yīng)力較小，隨著環(huán)向接頭對(duì)倉(cāng)壁預(yù)制塊約束力的減小，內(nèi)襯鋼板環(huán)向應(yīng)力逐漸增大。對(duì)比不同工況，2 . 4 0 m 高度內(nèi)襯鋼板應(yīng)力在倉(cāng)壁最中間部位均減小較大，可能是因?yàn)槠渌闹芊謩e受預(yù)制塊及倉(cāng)底拉力；從工況2到工況4，同一測(cè)點(diǎn)處內(nèi)襯鋼板的環(huán)向應(yīng)力逐漸增大，如測(cè)點(diǎn)CB111環(huán)向壓應(yīng)力從 0 . 8 0 M P a （工況2）增加到 2 . 8 2 M P a （工況4）。接頭鋼板受壓應(yīng)力，且接頭鋼板應(yīng)力均小于內(nèi)襯鋼板，不同工況下應(yīng)力在高度方向上相差較小，工況2相差最大，3 . 6 5 m 測(cè)點(diǎn)比 1 . 1 5 m 測(cè)點(diǎn)應(yīng)力大 1 . 4 3 M P a 。

3.3 環(huán)筋應(yīng)力分析

本研究對(duì)不同工況下環(huán)筋的環(huán)向應(yīng)力進(jìn)行分析，根據(jù)對(duì)稱性原則，圓周方向只取測(cè)點(diǎn) （圖5 ， n = 1 ～ 3 進(jìn)行分析。不同工況環(huán)筋環(huán)向應(yīng)力分布規(guī)律如圖10所示，對(duì)于工況2，在外側(cè)土壓力作用下，沿圓周順時(shí)針方向以第一個(gè)測(cè)點(diǎn)為起始點(diǎn)，環(huán)筋各測(cè)點(diǎn)環(huán)向應(yīng)力均為壓應(yīng)力，且呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。沿倉(cāng)高方向，環(huán)筋的環(huán)向應(yīng)力隨倉(cāng)高的增加而增大，測(cè)試范圍內(nèi)最大值出現(xiàn)在 3 . 6 5 m 處。工況3及工況4環(huán)筋環(huán)向應(yīng)力變化趨勢(shì)與工況2相似，隨著回填高度的增加，從工況2到工況4，同一測(cè)點(diǎn)處環(huán)筋的環(huán)向應(yīng)力逐漸增大，如測(cè)點(diǎn)HJ111環(huán)向壓應(yīng)力從1 . 9 0 M P a （工況2）增加到 7 . 2 3 M P a （工況4）。

3.4 豎筋應(yīng)力分析

不同工況豎筋環(huán)向應(yīng)力分布規(guī)律如圖11所示。由圖11可知，在外側(cè)土壓力作用下，沿倉(cāng)壁高度方向，工況2與工況3豎筋各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力均為拉應(yīng)力， 與 處測(cè)點(diǎn)應(yīng)力隨高度的增加而減小， 處測(cè)點(diǎn)呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，工況4豎筋各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力均呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，且高度 1 . 1 5 m 與 3 . 6 5 m 處應(yīng)力大小基本一致， 2 . 4 0 m 處測(cè)點(diǎn)應(yīng)力由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力；沿倉(cāng)壁環(huán)向，不同工況下 測(cè)點(diǎn)應(yīng)力均大于 與 測(cè)點(diǎn)應(yīng)力， 與 處測(cè)點(diǎn)應(yīng)力大小相差不大，最大僅 0 . 5 4 M P a 。其原因是工況4回填已覆蓋倉(cāng)壁段，倉(cāng)壁預(yù)制塊受倉(cāng)底及豎向接頭約束趨于穩(wěn)定，預(yù)倉(cāng)壁制塊應(yīng)力呈四周大、中間小的狀態(tài)。

4結(jié)論

本研究以某實(shí)際裝配式地下糧倉(cāng)為背景，對(duì)其回填過程中倉(cāng)壁受力情況開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析倉(cāng)壁所受土壓力，以及內(nèi)襯鋼板、環(huán)筋和豎筋應(yīng)力變化規(guī)律，得出以下結(jié)論。

① 試驗(yàn)土壓力大于主動(dòng)土壓力和靜止土壓力，但小于被動(dòng)土壓力，綜合考慮建議在對(duì)地下糧倉(cāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析計(jì)算時(shí)采用被動(dòng)土壓力。

② 倉(cāng)壁內(nèi)襯鋼板、接頭鋼板和環(huán)筋均受壓應(yīng)力，接頭鋼板應(yīng)力均小于內(nèi)襯鋼板，應(yīng)力隨埋深增大而減小，內(nèi)襯鋼板應(yīng)力隨環(huán)向角度增大呈先增大后減小趨勢(shì)，即內(nèi)襯鋼板中間受力較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮。

③ 在回填未覆蓋倉(cāng)壁時(shí)，豎筋應(yīng)力承受拉應(yīng)力，應(yīng)力隨倉(cāng)壁高度增大而減小，沿環(huán)向兩側(cè)應(yīng)力小于中間應(yīng)力；回填覆蓋倉(cāng)壁時(shí)，倉(cāng)壁中間承受壓應(yīng)力，四周承受拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力大小相差不大。

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