大直径浅圆仓缩尺模型试验研究

张思蒙，朱建平，孙巍巍

（1.中国中材国际工程股份有限公司（南京），江苏 南京211100；2南京理工大学,江苏 南京210094）

0 引言

由于生产工艺方面的实际需要，筒仓常常会出现偏心卸料的情况。筒仓的偏心卸料和中心卸料相比，仓壁上将出现不对称超压现象，这对筒仓结构受力更为不利[1-2]。本文采用缩尺模型试验，研究不同高径比浅圆仓偏心卸料的特点，试验过程直观可见。针对不同高径比的浅圆仓，在各模型的不同位置布置压力测试点，让物料在模型中流动，同时测出这些位置的压力值，得出的数据结果便于分析，再与规范静载状态的理论值计算进行比较[3]。

1 浅圆仓缩尺模型试验研究

为了更好地观察卸料时筒仓内贮料的流动模式，特别采用透明的有机玻璃制作仓壁模型，统一订做三个内径为1m，壁厚为10mm的有机玻璃筒仓缩尺模型，如图1所示。图1中从右到左高径比hn/dn分别为 0.5，0.75，1.0（仓壁高度分别为 392，642，892 mm）。廊道的制作采用了与筒仓仓壁同缩尺比例，用强度高、易成型的钢板制作，统一订做7根不同长度的廊道模型，见图2。

为了方便准确测出仓壁上的贮料压力，本试验采用了量程为20kPa的微型电阻应变式土压力计，配合DH3816N动静态应变测试仪，可以测取仓壁上的贮料侧压力值。传感器直径45mm，厚8mm，如图3所示。测试时直接将传感器贴与仓壁之上，经导线与应变测试仪相连，再用网线连接电脑与应变测试仪。当筒仓内贮料挤压传感器产生压力时，可以直接在电脑中读取每一个传感器的压力值，如图4所示。

图1 筒仓缩尺模型示意图

图2 廊道缩尺模型示意图

对仓壁及廊道上的传感器进行编号，以筒仓中心为原点建立直角坐标系，其中L代表廊道左侧，R代表廊道右侧，T代表廊道顶部，主廊道用M表示，侧廊道用S表示。仓壁传感器分为0°，45°，90°，135°和180°五个方向，每个方向自底部向上每隔120mm布置一个传感器。

图3 电阻应变式传感器

图4 应变测试仪

如图5所示，在卸料开始的瞬间，在卸料孔的正上方，贮料开始形成一个卸料面，随着卸料的进行，此卸料面的的直径不断扩大形成一个倒锥面，卸料面的倒锥顶点始终处于卸料孔的正上方，并且不断地向下移动，至卸料结束时。

图5 单孔偏心率0.3卸料过程示意图

由图6可以看出，试验的仓壁侧压力值均匀的分布在公式值的左右，由数据对比可以看出，位于仓壁上部的传感器值略小于理论值，而位于仓壁下部的传感器值略大于理论值，这主要是由于贮料下部比上部压实度大，同时测试设备本身也会产生一定的误差，不过这些误差都在合理范围内，由此可见试验的测试方法以及设备是满足试验要求的[4]。图7展示了试验中廊道表面的压力值与理论值的对比，试验中廊道顶部的试验值稍小于理论值，试验值大致为理论值的0.96倍。

图6 仓壁侧压力试验结果

图7 廊道侧压力试验结果

2 仓壁侧压力动态变化

由图8～12可以看出，越靠近卸料口的方向，侧压力值在卸料的瞬间，下降段越明显，而越远离卸料口的方向，曲线越平缓，随着卸料的进行阶梯式的下降。各个方向整个过程基本没有超压现象。0°位置（近端）侧压力急剧下降，随后在一定水平下抖动，直至全部变成0；90°和180°位置（远端）卸料过程中超压系数最大分别能达到1.021和1.032。

图8 0°仓壁侧压力卸料变化曲线

图9 45°仓壁侧压力卸料变化曲线

图11 135°仓壁侧压力卸料变化曲线

图12 180°仓壁侧压力卸料变化曲线

3 廊道侧压力动态变化

如图13～16所示，主廊道顶部离卸料口最近的两个传感器MT250、MT450,在卸料开始时，出现了明显的下降段，而离卸料口稍远的MT50、MT-50，出现了小幅度的超压现象，超压系数分别达到了1.07和1.09。次廊道顶部整体较为平稳，只有在卸料开始时，测点ST50出现短暂的小幅超压，超压系数为1.037。

图13 主廊道顶部压力卸料变化曲线

图14 主廊道侧壁压力卸料变化曲线

图15 次廊道顶部压力卸料变化曲线

图16 次廊道左侧壁压力卸料变化曲线

4 结语

通过缩尺筒仓模型的静载试验及卸料测试，确定了仓壁及廊道上侧压力等受力形式、超压系数的分布和变化规律。缩尺筒仓模型顶部压力试验值与理论值比较接近[5]，试验值与理论值的比值约为0.96，而廊道侧壁的试验值明显小于理论值，试验值与理论值比值约为0.8。主廊道的顶部超压比侧边明显且超压系数大，主廊道最大超压系数可达1.09；次廊道侧壁的最大超压系数都比主廊道侧壁大。