第３７卷第２５期 ２ ０ １ １年９月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．２５ Ｓｅｐ． ２０１１ ・４１・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１１）２５—００４１ ０２ 巨型贮料圆筒仓研究现状 刘鹏 摘肖建春 鲁哲 要：结合筒仓在工业领域广泛应用的情况，从结构形式、温度、局部堆载、施加预应力等方面对巨型圆筒仓的研究现 状和研究内容进行了介绍，为巨型圆筒仓的设计提供理论指导。 关键词：巨型圆筒仓，结构形式，温度，局部堆载，预应力 中图分类号：ＴＵ２４９．９ 文献标识码：Ａ ０ 引言 力。河源电厂、汕尾电厂则采用了整体式无缝混凝土设计，大大 筒仓是应用于工农业生产中固体颗粒散料贮存的仓库，在工 降低了混凝土用量。但目前对每种体系的受力性能的研究还不 系统，无法形成系统的设计准则。 业领域得到了广泛的应用。近年来，电力系统等行业对煤炭等散 够深入、料仓储的质和量的要求日益提高。随着生产需求的不断提高，储 夏广政等对一直径１２０ ｍ，容量达１０万ｔ的巨型钢筋混凝土 分别研究了空仓 煤筒仓朝着大型化的趋势发展。设计人员习惯上把万吨级容量 贮煤筒仓在环境温度作用下进行了有限元分析，环境温度升高和降低时仓壁的应力状态，并与贮 的筒仓称为大型筒仓，把直径超过１００ ｍ的筒仓称为巨型筒仓。 和满仓情况下，目前，我国建成的直径大于１００ ｍ的巨型贮煤筒仓有浙江宁海电 煤侧压力作用时的应力状态进行比较分析。分析结果表明，环境 仓壁中的最大环向应力比由贮料侧压力所引起的仓 厂，福建漳州后石电厂，汕尾电厂，河源电厂等。目前兴建的此类 温度降低时，降温时仓壁最大环向应力是升温时的 超大直径贮煤筒仓基本都采用整体式混凝土结构。随着国家经 壁最大环向应力约大６倍；环境温度作用所引起的仓壁竖向应力 济的发展以及全球气候的变化，巨型筒仓因其经济环保，在电力、 仓壁中的环向应力的７倍；与由贮料侧压力所引起的仓壁竖向应力差别不太大。 煤炭、冶金、石化、港口等各领域应用前景非常广阔。 １ 国内外研究现状 国内外很多专家和学者都在进行筒仓理论和设计的研究工 作，如环境温度作用下巨型贮料筒仓的有限元分析，施工温度作 用下巨型贮料筒仓的有限元分析，筒仓壁压的有限元分析，预应 彭雪平采用ＡＮＳＹＳ对汕尾电厂巨型贮煤筒仓结构进行三维 有限元计算，其中筒仓基础分别按３种模型进行处理，模型Ｉ仓 壁底部完全固定，不考虑基础；模型Ⅱ考虑仓壁底部承台的作用， 承台简支在刚性基础上；模型Ⅲ考虑承台、桩和周围土体共同作 力筒仓的有限元分析和设计，基于不同基础计算模型的巨型贮料 筒仓结构内力分析。 用，对比分析不同基础计算模型下仓壁的受力规律。结果表明： 模型Ｉ偏于不安全，模型Ⅱ过于保守，而模型Ⅲ给出的仓壁、基础 承台和桩基共同作用在各种工况下的受力规律比较合理，可以作 为设计的依据。 马刚等运用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对一直径１２０ ｉｎ的圆形 贮煤筒仓进行建模分析，探寻混凝土结构成型温度对仓壁环向配 目前国内对圆形料仓的结构体系分别采用无缝体系和有缝 体系。我国建成的巨型简仓中，浙江宁海电厂筒仓采用有缝体系 设计，沿仓壁环向一定距离设置了竖直温度缝，筒仓被分隔成一 个个受力相互的挡煤墙，墙体外侧设置扶壁柱以抵抗堆煤压 算结果与试验结果进行比较，两者吻合较好，说明所建公式具有 一［Ｍ］．沈阳：东北大学出版社，２０００． 孙飞飞．混凝土结构的计算机仿真［Ｍ］．上海：同济 ［３］ 顾详林，大学出版社，２００２． ［４］ ＪＧＪ ９２—２００４，无粘结预应力混凝土结构技术规程［ｓ］． 定合理性。 翔，辰．预应力钢骨混凝土梁研究与应用进展［Ｊ］． 参考文献： ［１］ 胡建筑技术，２００６，３７（５）：３３６－３３９． ［５］ 慕光波．预应力钢骨混凝土梁受力性能研究［Ｄ］．沈阳：东 北大学，２ｏｏ９． ［２］ 王连广，李立新，王德选．钢与混凝土组合结构非线性分析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｌａｔｔｉｃｅ ｔｙｐｅ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ ＭＵ Ｇｕａｎｇ—ｂｏ ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ・ｆａｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｅａ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｕｎｄｅｒ ｌｉｍｉｔ ｌｏａｄ ａｙｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｃ－ ｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｈａｐｅ ｏｆ Ｌａｔｔｉｃｅ ｔｙｐｅ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＬＰＳＲＣ）ｂｅａｍｓ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａ－ ｐａｃｉｔｙ ｆｏｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ａｙｅ ｔｈｕｓ ｇｉｖｅｎ，ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｎｅｕｔｒａｌ ａｘｉｓ ａｒｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ａｎｇｌｅ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｎｏｔ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎｇｌｅ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ａ ＬＰＳＲＣ ｇｉｒｄｅｒ．Ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｇｒｅｅｄ ｗｅｌｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｒｅ ｒａｔｉｏｎａ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ，ｌａｔｔｉｃｅ ｔｙｐｅ，ｓｔｅｅｌ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｂｅａｍ，ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ，ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 收稿日期：２０１１—０５－２３ 作者简介：刘 鹏（１９８８・），男，贵州大学空间结构研究中心硕士研究生，贵州贵阳５５０００３ 肖建春（１９６７一），男，教授，贵州大学空间结构研究中心，贵州贵阳５５０００３ 鲁哲（１９８５－），男，贵州大学空间结构研究中心硕士研究生，贵州贵阳５５０００３ ・４２・ 第３７卷第２５期 ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 筋的影响、环向预应力筋的估算方法及其作用，提出在环形结构 示，弹性地基上的筒仓结构的最大拉应变小于刚性地基上的筒仓 中运用预应力技术，不仅能节省成本，而且可以改善结构的受力 结构的对应部位的最大拉应变，比刚性地基上支承筒的最大拉应 和开裂特性。 变大。彭雪平采用ＡＮＳＹＳ对汕尾电厂巨型贮煤筒仓结构进行三 ２主要研究内容 目前，有关巨型筒仓的研究主要内容如下。 维有限元计算分析，认为考虑仓壁、基础承台和桩基共同作用在 各种工况下的受力规律比较合理，可以作为设计的依据。 ２．１ 筒仓结构形式的研究 目前大型浅圆贮煤筒仓主要应用的有两种形式：分缝式带扶 ２．５施加预应力对筒仓影响研究 巨型筒仓在贮料荷载的作用下，仓壁的环向拉力较大，为满 往往需要增加仓壁的截面积， 壁柱的挡土墙和无缝无扶壁柱圆形挡土墙。采用分缝式带扶壁 足正常使用阶段抗裂验算的要求，尽管如此，仓壁的裂缝开展仍难以控制在合理的范围内。因此， 柱的挡土墙，满足规范对混凝土结构纵向长度的温度区间要求， 设计人员提出采用预应力仓壁，充分利用混凝土的抗压强度和高 ３０℃，６０ ｑｃ，９０℃设一个温度缝，每个缝又有双柱和共柱的不同 强钢丝、钢绞线抗拉强度高的特点，对仓壁施加预应力；用高强度 做法，这种形式的优点是可以有效避免温度对仓壁的不利影响， 钢材来承担仓壁和漏斗壁的环拉力，防止开裂，达到减小壁厚，节 各部分仓壁只受该部分区域堆煤的影响，这种体系的简化设计与 省大量混凝土和钢材的目的。汪红等采用对仓壁和漏斗壁施加 实际结构的受力状况存在一定的误差，直线式的挡墙假定，忽略 平均应力的方法，对预应力筒仓进行非震和地震作用下整体受力 了圆弧形结构的面内拉力以及扶壁柱的面外弯矩和扭矩，使得挡 分析。结果表明，筒仓采用预应力结构可以有效控制裂缝，预应 墙的变形和裂缝比较大，而且体积庞大、空间和材料利用率低；随 预应力可以有效控制筒仓裂缝，满 着电力行业对这种体系认识的逐步深入，设计人员又开发出了利 力筒仓具有良好的抗侧性能；用空间作用的无缝无扶壁柱圆形料仓，这种结构形式充分利用仓 度大，变形小，从受力方面要优于分缝式悬臂式结构，且施工简 足筒仓结构的设计要求。 壁内环向钢筋承担堆煤压力、温度应力等荷载，其优点是整体刚 ３结语 采用巨型圆筒仓贮料能避免因风、雨等所造成的原料流失， 单、外观简洁、空间和材料利用率高，缺点是温度应力对仓壁造成 并能避免环境污染，环保经济，具有非常广阔的应用前景。目前 较大影响，实际配筋量较大，经济效果不显著。 国内对圆形料仓的结构分别采用无缝和有缝体系，但对每种体系 的受力性能的研究还不够深入、系统，无法形成系统的设计准则， ２．２环境温度对筒仓影响研究 装载散粒体的钢筋混凝土浅筒仓，物料的法向作用随筒仓深 也无相应的设计程序。有关巨型圆筒仓研究的主要内容有：１）筒仓结构形式的研究； 度的增大而增大，厚度符合规范要求的仓壁，在物料作用下的配 筋量较少，筒仓结构在永久荷载作用下有时甚至还是构造配筋。 环境温度对筒仓的法向作用，一般情况下，只与简仓的直径有关 ２）环境温度对筒仓影响研究； ３）堆料荷载对筒仓影响研究； 而与其深度无关。因此，直径很大的浅筒仓，外界温差对仓壁的 附加压力可能远大于贮料压力。夏广政等通过对直径１２０ ｍ筒 ４）基础计算模式对筒仓的影响研究； ５）预应力对筒仓影响研究。 仓的分析结果，提出环境温度作用所引起的仓壁环向应力比由贮 参考文献： 马骏骧，郭俊东，李维滨．施工温度对巨型贮煤筒仓结构性 料侧压力所引起的仓壁环向应力大很多倍，因此建议对于直径大 ［１］于１００ ｍ的巨型筒仓，应取最大环拉力的３０—５Ｏ计算。 能的影响［Ｊ］．武汉大学学报，２００８，４１（ｓｕｐ）：２１—２３． ２．３堆料荷载对筒仓影响研究 筒仓实际堆载时，大部分以局部堆载为主要荷载形式。局部 ［２］ 彭雪平．基于不同基础计算模型的巨型贮煤筒仓结构内力 分析［Ｊ］．武汉大学学报，２００５，３８（４）：６２．６３． 黄小玲，陈明祥，汪碧飞，等．大型整体式浅圆贮煤筒仓局部 堆载对筒仓结构变形和受力影响显著，往往会出现最不利工况。 ［３］堆煤作用有限元分析［Ｊ］．武汉大学学报，２００８，４１（ｓｕｐ）：９６— 周永强等通过对某巨型筒仓分析得出局部堆料对简仓结构的承 载与变形产生较为不利的影响。同空仓和满仓情况相对比，局部 堆料作用下的结构变形和应力均有相当程度的增加。 ９８． ［４］ 陈明祥．大型整体式贮煤筒仓结构设计中的几个问题［Ｊ］． 武汉大学学报，２００７，４０（ｓｕｐ）：７２－７３． ２．４基础计算模式对筒仓的影响研究 樊立新，郑山锁．大型筒仓的有限元分析［Ｊ］．西安矿业学院 在以往的筒仓的理论分析及试验研究中，学者们采用的计算 ［５］学报，１９９６，１６（４）：６６—６７． 模式均假设筒仓结构位于刚性地基上，均未考虑地基的影响。考 蒲维民．巨型筒仓温度作用的研究简介［Ｊ］．煤炭设计，１９９６ 虑到地基一基础一结构的相互作用时，贮仓结构静、动力特性以 ［６］及地基影响，特别是试验研究方面，国内外研究甚少。尹冠生等 （３）：３５—３６． 李 围，叶裕明，刘春山，等．Ａｎｓｙｓ土木工程应用实例［Ｍ］． 设计制作了有机玻璃筒仓模型，在空仓及装填了散料（大米）的满 ［７］仓两种情况下，将筒仓分别置于刚性地基和用海绵橡胶垫模拟的 第２版．北京：中国水利水电出版社，２００７． １１－８９，建筑结构抗震设计规范［ｓ］． 弹性地基上，实测料仓仓壁及支承筒的静力应变值。实验结果显 ［８］ＧＢＪＲｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ＬＩＵ Ｐｅｎｇ ＸＩＡＯ Ｊｉａｎ－ｃｈｕｎ ＬＵ Ｚｂｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｆｉｅｌｄｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅ。 ｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍ。ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｌｏｃａｌ ｈｅａｐ ｌｏａｄ，ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｏｔ｝Ｉｅｒ ａｓｐｅｃｔｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉ・ ｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｉａｎｔ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｌｏｃａｌ ｈｅａｐ ｌｏａｄ，ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ
