分析钢筋混凝土筒仓仓壁侧压力的研究

张兵兵

摘 要：本文重点研究了钢筋混凝土筒仓侧壁压力，在卸料过程中产生的变化进行分析，针对材料各种流动状态所造成的仓壁动态压力值进行研究，有效考虑到筒仓卸料过程中侧压力系数会随着仓体的物料深度变化而变化，建立起了相应的计算方法，最终得出了相应的研究结论。

关键词：钢筋混凝土;筒仓;仓壁;侧压力

文章编号：2095-4085（2020）05-0088-02

钢筋混凝土筒仓是冶金、煤炭以及粮食加工产业比较广泛使用的设备，该设备采用的是钢筋混凝土筒仓来储存各种矿石、煤炭以及粮食等相关物质，在使用过程当中所取得的效果非常明显。现阶段我国在筒仓的建设规模上相对较大，所涉及到的工作单位也非常广泛，但是从筒仓的整体使用状况来看，经常会出现不同程度的安全事故，这些事故产生的主要原因，除了工作人员使用不当以及施工质量较差以外，在设计方面也存在一定的问题，比如对筒仓的侧方压力计算存在错误，侧方压力過小则不安全，过大则会造成浪费。

1 筒仓仓壁的基本压力分析

钢筋混凝土筒仓属于一个比较典型的圆形筒仓结构，上半部分竖直的竖筒围成一个圆柱体，也被称之为筒体，下半部分通过一个圆锥结构所构成，在卸料过程当中充当漏斗的作用。所谓的混凝土筒仓仓壁侧压力，主要指的是筒体部分的侧压力大小。当前世界上各个国家仍然是以 “杨森公式”为基础，然而在筒仓的使用过程中人们发现贮料在仓内的应力场及作用于仓壁上的压力与杨森的假定并不一致。“杨森公式”假定在任一横截面上料层的垂直压力是均匀分布的，而事实上由于贮料与仓壁之间存在摩擦力，垂直压力并非均匀。其次公式中的侧压力系数k值直接采用兰金公式没有考虑与仓壁接触贮料屈服条件。现在国外有关筒仓规范对贮料压力的计算采用各自修正后的杨森公式，我国计算也采用杨森公式，计算贮料水平压力时乘以修正系数Ch，该系数主要考虑卸料时的动态压力、贮料的崩塌以及不可预见的其他因素等。对于竖向压力，根据我们所做的测试和各种资料的分析，认为贮料在静动态时仓底的竖向压力无太大的变化，但考虑到料拱的崩塌及贮料特性的不利变化等因素，应乘以竖向压力增大的修正系数Cv，其值参考国内外有关规范确定，此外，按我国多年的设计经验并参考美国和德国的规定，仓底的总竖向压力不应大于贮料的总重，即pv≤γhn。

2 筒仓仓壁的动态压力

贮料的流动压力是确定修正系数Ch值的主要因素，贮料的流动形态归纳起来分为两种类型，一种为整体流动，即卸料时整个贮料随之而动;另一种属于管状流动也称为漏斗状流动，即卸料时贮料从其内部形成的流动腔中流动。也有可能同时出现上述两种流动状态。散料的特性及筒仓的几何形状不同各区段的范围不同。管状流动所产生的流动压力远小于整体流动时的压力。考虑到大多数筒仓中的贮料流型很难明确划分，因此我国采用不以流动型态划分的综合修正系数值。但是对于贮料处于流动状态时水平压力增大的事实已被人们承认，只是对于增大的机理有不同的见解，较为流行的观点是美国学者詹尼克的观点，他认为是由于贮料内部应力场的改变。装料时贮料内部的主应力线接近与竖直方向及主动应力状态，卸料时由于贮料失去支持力，主应力线改变为接近水平方向及被动压力状态，并且在流动腔断面缩小处，产生很大的集中压力或称为转换力。詹尼克根据上述假定创建了计算水平压力的理论，虽然很粗糙，但基本观点还是被接受。

2.1 筒仓仓壁的动态压力计算公式

现阶段，贮料压力计算对深仓和浅仓采用不同的计算公式，所以当hn/dn=1.5时按深、浅仓计算所得的贮料水平压力出现不衔接的现象，由于不是连续函数，在临界点处有一个不相等的突变值，考虑修正系数后，深仓的计算压力大于浅仓的，因此大型圆形浅仓如按浅仓公式计算就不一定安全可靠。另外，高度达到一定高度的浅仓，贮料对仓壁的摩擦荷载也不应忽视。故规范所用公式适用于直径较小的圆形或矩形筒仓。

混凝土筒仓下半部分的散料受到漏斗内部散料的形变影响，漏斗的表面朝着某一个角度产生倾斜，处于垂直轴的内变形状态，散料在卸料区域会出现横向压缩以及被动应力场区域，处于被动应力状态属于最大的应力状态，此时侧压力系数达到最大。筒仓在卸料工作中仓体内部的物料会由主动向被动的应力场发生过度，相应的动态侧压力系数由上而下发生规律变化。

2.2 筒仓的模型试验

筒仓的模型设计工作需要考虑到大型圆煤仓和粮仓结构，模型仓仓壁高度为600mm，内径大小为400mm，侧壁厚度为5mm，通过使用有机玻璃制作。通过这种制作模型可以更加直观的观察到物料在仓体内部的具体流动状况，在实验过程中通过使用直接探测取料的方法来进行测试。实验的重复性良好，所获得的测试精确度较高，可以有效测得煤矿、小麦等散料的相关测试参数。

模型实验过程中通过先装满仓筒，然后测得不同点位满载过程当中的静态压力大小，然后再将物料卸空，有效观察卸料过程中筒仓内壁的动态压力情况，可以直接测得卸料过程当中的最大内壁流动压力。在正式开始卸料之后，可以更加清楚的观察到整个料面的平行下降及产生了整体性流动。物料在下降到450～500ml时才出现非动力型流动，由于仓体卸料的口径和漏斗的倾角不同，泄漏的速率也各有不同，但是筒仓的动态压力数值非常接近。由此可以得出，只要物料在仓体内部出现整体性流动，那么下料的速度对筒仓侧壁的压力影响并不是非常明显，由此可以看出钢筋混凝土筒仓的侧压力，主要是受到内部物料的非整体性下沉所影响，需要采取针对性解决措施来进行控制。

3 结 语

在实际工作过程中，必须要对钢筋混凝土筒仓仓壁的侧压力进行分析和研究，有效计算出卸料过程中混凝土筒仓仓壁的侧压力大小，有效保证钢筋混凝土筒仓的使用安全性，实现单位良好的生产效益。

参考文献：

[1]陈桂香，崔晨星，付志永.地下钢筋混凝土粮食筒仓仓壁变形及内力研究[J].地下空间与工程学报，2019，15（2）：458-464.

[2]孙珊珊，赵均海，张常光.深仓和浅仓储料侧压力新解[J].广西大学学报（自然科学版），2018，43（1）：168-177.

[3]张大英，许启铿，王树明.筒仓动态卸料过程侧压力模拟与验证[J].农业工程学报，2017，33（5）：272-278，316.