钢筋混凝土圆形筒仓有限元分析.pdf

第 4 4卷第 1期 2 0 1 6 年 2月 现 代 冶 金 Mo de r n M e t a l l ur gy Vo 1 4 4 No 1 Fe b2 01 6 钢筋混凝土圆形筒仓有限元分析 王远坤 ( 大垣集团有限公司 ，江苏 南京2 1 1 1 1 2 ) 摘 要：通过某钢筋混凝土矿 渣微 粉仓的设计总结 ， 简述 了钢 筋混凝 土筒仓的使 用范围， 探讨钢筋混凝 土筒仓 的尺寸 与仓壁 厚度及 配筋的关 系， 以及 温度对 配筋的影响 。 关键 词 ： 钢筋混凝土筒仓 ；深壁浅仓 ； 壁厚 ；贮料压力 ；配筋设计 中图分 类号 ： T U2 4 9 3 引 言 筒仓是用来贮存散体物料的一种理想的常用仓 型 ， 它 占地 面积小， 仓 容量大 ， 便于机械化作业。因 此 ， 在电力 、 粮食、 煤炭、 水泥、 冶金等行业 中有着广 泛的应用 ， 特别是在冶金行业更为突出。按存储 的 物料可分为原煤仓 、 煤粉仓、 矿渣仓、 石灰仓等。筒 仓可分为浅仓 和深仓。对浅仓与深仓的分类法有 ： 按高径比分类和按破裂面分类等多种 ， 其 中最简单 、 且被广泛采用的方式为：当高径 比小于 1 5时为浅 仓 ；当高径比(或高宽比)大于或等于 1 5时为深 仓 1 。贮料的侧压力是散装仓设计 的重要参数 ， 其 计算正确与否直接关系到仓体结构是否安全 、 可靠 、 经济、 合理 世界上很 多国家都出现过大量筒仓仓 体破裂或倒塌的事故， 中国也不例外 ， 而这些事故大 都 是 由于设计 时荷 载 考 虑 不 足 引起 的 ， 造成 了 巨大 的损失。另外 ， 当筒仓贮存热物料时 ， 尤其物料温度 在 6 O 左右时 ， 钢筋混凝土的抗拉强度和弹性模量 均有明显降低， 此温度下所引起的变形增量 ， 收缩和 徐变加剧 ， 尤其钢筋与混凝土之间粘结力的变化， 容 易产生裂缝 ， 不应忽视 。常规计算方法很难考虑温 度的影响 ， 采用 Mi d a s 等有限元软 件可以较为准确 地计算温度应力 ， 温度裂缝 。 特别在冶金行业 ， 随着钢铁生产规模的不断提 高 ， 煤作为主要的辅助材料 ， 储煤筒仓也朝着大型化 的趋 势发 展 。万 吨级 容 量 的筒 仓 习惯性 称 为大型 筒 仓。中国的大型储煤筒仓大部分采用钢筋混凝土结 构 ， 在贮料荷载的作用下 ， 仓壁和漏斗壁的环向拉力 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 8 1 2 较大 ， 为满足正常使用阶段抗裂验算的要求 ， 往往需 要很大的截面配筋 ， 尽管如此 ， 仓壁的裂缝仍难以控 制在合理的范 围内。因此， 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 度钢材 来 承担 仓壁 的环 向拉力 ， 防止 开裂 ， 达 到 减小 壁厚 ， 节省大量混凝土及钢材的 目的。所 以， 设计者 在钢筋混凝土筒仓 的结构设计 中， 在贯彻执行 国家 技术经济政策前提下， 做到技术先进、 安全适用 、 经 济合理 、 确保质量是非常必要的。 1 布 置及 结构选型 I 1 布置 原 则 ( 1 ) 筒仓的平面布置应根据下列主要条件进行 技 术 经济 比较后 确 定 。 工 艺 条 件 ： 包括 筒仓 容 量 、 斗 壁 最 小倾 角 、 贮 料特性资料、 装卸方式以及其他要求 。 地形条件 ： 特别是在 山区、 矿 区建造筒仓时 ， 往往 可充 分 利 用 地形 条件 取 得 比较 满 意 的 经 济 效 果 。 工程地质条件： 建造筒仓地 段必须具有详 细 的岩土工程勘察报告 ， 并根据 当地 的地质情 况选 取 合适的筒仓布置方案及地基基础设计方案 。 ( 2 ) 筒 仓 的平面形 状 ， 宜优先 选用 圆形 。圆形 筒 仓与矩形筒仓相 比， 具有体形合理、 仓体结构受力明 确 、 计算构造简单、 仓内死料少、 有效贮存率高等优 点， 经济效果显著。对现浇钢筋混凝土圆形仓 ， 更便 第 1 期 王远坤 ： 钢筋混凝 土圆形筒仓 有限元分析 4 3 于滑模连续施工。 ( 3 ) 布置群仓宜选用单排布置或多排行列式布 置 。钢筋混凝土圆形群仓 ， 宜选用仓壁和筒壁( 仓下 支承结构) 外圆相切的连接方式 ， 以便于施工和配置 钢 筋 。 ( 4 ) 特殊筒 仓布置。直径大于 1 8 m 的钢筋混 凝土圆形筒仓 ， 因单仓荷载较大 ， 不宜采用群仓布置 方案 ， 目的是防止地基土产生不均匀沉降 ， 以免带来 1 2 结构选 型 设计处理上 的困难。钢筋混凝土圆形筒仓的仓壁和 筒壁外圆相切的群仓 ， 当总长度超过 5 0 m 时 ， 以及 柱子支承的矩形群仓 ， 当总长度超过 3 6 m 时 ， 均应 设置伸缩缝 ， 以避免 由于温差和混凝土收缩作用使 筒仓结构产生超过规定的变形和裂缝。对于直径大 于 1 0 m的圆形筒仓 ， 仓顶 上不宜布置有 筛分设备 的建筑 。 f 1 i _ i i _ _ i - _ I - - _ - I - _ - 厂 - _ _ - I 。 1 r _ _ r 。 。 _1 I I - l - - I - I - I l - l I _ l _ _ l _ _ - I I _ - i - _ - - l I 图 1 圆形仓布置 图 n 广 1 一 一 图 2 矩形仓布置 图 筒仓结构一般 由六部分组成 ， 即： 仓上建筑物、 仓顶 、 仓壁 、 仓底 、 仓下支承结构( 筒壁或柱) 、 基础 。 ( 1 ) 仓壁。直接承受贮料水平压力的竖壁。 ( 2 ) 仓底。直接承受贮料的垂 直压力 。应综合 考虑 ： 卸料畅通； 荷载传递 明确 ，结 构受力合 理 ； 造型简单 ， 施工方便 ； 填料较少。 仓底形式最常用的方式有整体连接式和非整体 连接式： 整体连接， 仓底与仓壁整体 浇筑 ， 整体性较 好 ， 但不利于滑模施工 ， 计算较复杂 ； 非整体连接 ， 仓 底与仓壁分开布置， 仓底通过边梁( 或环梁) 支承于 筒壁壁柱上 ， 也可与仓壁完全脱开 ， 简化 了计算 ， 便 于滑模施工。 ( 3 ) 仓顶。钢筋混凝土圆形筒仓的仓顶可采用 梁板结构 ， 当 d 1 5 m 时可采用钢筋混凝土正截 锥壳 、 正截球壳等结构形式 。 ( 4 ) 仓上建筑物。仓顶以上建筑物 ， 有单层或两 层 以上的厂房 ， 一般布置有送料设备以及除尘设备 等 。 ( 5 ) 仓下支承结构。仓壁、 仓底和基础之间的承 重结构 ， 须具有足够的强度和稳定性。有柱子支承 、 筒壁支承、 筒壁和内柱共同支承等形式 。 ( 6 ) 基础。独立筒仓一般采用扩展基础、 环板基 础 、 筏板基础等 ； 当筒仓荷载较大， 采用天然地基又 不能满足变形要求时 ， 一般应采用桩基础。 2 工程实例 本文选取的筒仓工程实例是南京某矿渣微粉厂 圆形筒仓 ， 该仓直径 1 8 I n， 容量 1 0 5 0 0 t ， 构筑物总 高度 4 5 m， 仓壁厚 3 0 0 mm， 筒壁厚 3 0 0 mm， C 3 5钢 筋混凝土。