浅析圆形筒仓稳固性的影响因素及优化措施

2019-11-29李圣连

建材发展导向 2019年1期

李圣连

（中蓝连海设计研究院有限公司，江苏连云港 222004）

1 工程概况

某混凝土圆形筒仓的总高度为 50 m，内径为 18 m，筒壁厚为 700 mm，仓壁厚为 350mm，其中下部支撑结构(筒壁) 高为 10 m。近几日，该筒仓仓壁于出现了鼓包、矿粉泄露的问题，随后仓壁倒塌。相关工作人员通过现场检测，得出结论：该工程存在较为严重的施工质量问题，这是导致仓壁倒塌的主要原因，其中质量问题主要指的是混凝土强度等级、搭接长度、环向钢筋间距以及混凝土保护层厚度等方面，因其要求无法满足施工图规范。

2 筒仓结构的整体稳固性

由于局部的施工质量问题最终引发了筒仓结构倒塌的问题，实际工作过程中，筒仓结构出现撞击、爆炸以及火灾的概率约为 10-8～ 10-4；然而当前我国建筑市场环境并不乐观，施工不当的问题屡屡出现，事故概率远远超过了火灾、爆炸、撞击发生的概率。像环向钢筋间距和搭接长度不满足规范要求便是施工不当的典型问题，一旦筒仓的唯一受力部件损伤，就会造成连续倒塌的后果。另外，在局部损伤的作用下，筒仓原来唯一的受力模式和传力路径也会受到影响，结构倒塌问题代表筒仓结构整体稳固性较差。

相关学者认为可以从以下几方面来防止连续倒塌问题：采取措施来阻止偶然事件的发生；对于已经发生的偶然事件，要尽可能的避免局部损伤的出现；如果已经出现了局部损伤，需要防止损伤的扩大，通过提高关键构件承载力和延性、设置多个有效的备选传力路径和增加赘余构件等措施来提高结构的整体稳固性，同时改变结构的传力路径，保证结构的平衡性。

从另一个角度看，事故发生带有不可预测性，鉴于这种特性，为了避免倒塌后所造成的严重损失严重和影响，工程技术人员可以从以下几点着手：其一，在设计过程中，综合考虑环向膜力、剪力、弯矩和扭矩，结合实际情况增加安全储备，用以增强仓壁抗弯、抗扭承载力以及筒仓底部面外受弯承载力；其二，在施工过程中，工作人员要切实做好施工管理与监督工作，并将重点放在混凝土浇筑、环向钢筋间距和环向钢筋搭接长度等关键方面；其三，为了减少偶然作用下的局部损伤，工作人员可以选择在筒仓的局部损伤区域围箍钢板或者预应力碳纤维板，以此来增强局部的抗压力，尽可能的避免整体结构倒塌。

3 圆形筒仓的结构优化措施

3.1 筒仓结构的选择

筒仓结构的选择与筒仓的容量、截面形状等因素有关。筒仓的容量大，筒壁承受的荷载也大，二者成线性关系。但当仓容相同时，筒仓的截面形状又对筒壁的应力大小起着重要影响，因此，选择筒仓结构时，还应考虑容量与截面形状。火力发电厂输煤筒仓通常为高架式贮仓其仓体结构常为圆形、半地下式贮仓。一般采用现浇钢筋混凝土结构，建在地震区的高架式贮矿仓应优先采用仓壁落地支承或仓壁与内柱共同支承的结构形式。各工程在确定筒仓结构形式时，应视使用要求、地区条件、总图布置、投资费用、贮量及贮料性质等因素，综合而定。根据物料对壁作用力的不同，筒仓可分浅仓和深仓二大类。贮料计算高度与圆形仓内径或矩形仓短边之比不小于1.5 的贮矿仓为深仓，小于1.5 时称浅仓。由于贮料与仓壁之间的摩擦作用会减小贮料仓壁及仓底的压力，因此在计算贮料对仓壁的压力时，应按深仓或浅仓分别计算。深仓应考虑上述摩擦作用，浅仓则可忽略。但当圆形贮矿仓的深度不小于15 米，直径不小于12 米时，应同时按浅仓及深仓计算，取两者中的大值。计算中应考虑结构自重、屋面及楼地面活荷载、设备荷载、贮料荷载和风荷载等作用的不利组合。在地震区，尚应考虑地震作用的影响。当装料设备容量较大，一次装料容积占贮矿仓总容积的比例较大时，应考虑贮料对仓壁的冲击作用。

3.2 仓顶厚度优化

仓顶结构过厚不但造成材料浪费，而且过大的仓顶质量会提高筒仓结构的质心，增大筒仓刚度，提高筒仓自振频率，加剧水平地震作用下仓顶位移，不利于筒仓结构的安全。为此对仓顶结构厚度进行优化，由2.0 米减为0.8 米。并筒仓仓顶设计成倒锥壳结构，采用 SILO 单独计算仓顶配筋，减小仓壁计算高度，减小仓壁配筋量及混凝土用量。