高架式筒仓支撑体系方案比选研究

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1、西安建筑科技大学工程硕士学位论文1绪论1.1研究背景及意义钢板筒仓是一种立式仓库容器，主要用于存储粒状、粉状等松散的物料，现在已经在农业、矿业、电力、冶金、化工等诸多领域中被推广应用[1]。与其它物料的储存方法相比，筒仓具有占地面积少、存储量大、操作方便等优势。使用钢板筒仓存储物料，使装卸流程得到简化，工程运行费用大大降低，消除了繁琐的袋装作业，促进了机械化、自动化生产。在工业生产过程尤其是在流水生产工艺中，如矿井地面生产系统、水泥厂、选煤厂等筒仓都在生产中原料与中间物料的缓冲，配送，生产的协调方面起着必不

2、可少的重要调节作用。因此，随着我国现代化进程的发展，工农业迅速发展，对筒仓的需求将会越来越广泛。水利水电工程混凝土生产系统也不例外。[2]水利水电工程混凝土生产系统中散装水泥的储存常用圆筒式钢板筒仓，单体储存量在100t~1800t级。散装水泥采用水泥罐车通过气力输送从筒仓顶部进料，筒仓向用料点供料主要采用气力输送，筒仓下部安装有锥形斗和气力输送设备。小吨位筒仓主要用于混凝土生产系统中搅拌楼配套的粉料罐如图1.1，大吨位筒仓在水电站中的应用如图1.2。图1.1搅拌站配套粉料罐图图1.2散装水泥储罐因其工艺特

3、点，要求钢板筒式支撑结构柱较高，柱顶梁为环形，且承受筒仓自重以及储存水泥的重量。筒仓的直径、高度与储量有关，储量越大，直径和高度越大，筒仓承受风荷载以及装料的不均匀性对支撑结构的影响也越大。水利水电工程中钢板筒仓的使用周期一般为5年，属临建工程，筒仓支撑结构的安全性、可靠性、经济性、绿色环保是主要的衡量指标，另外，施工工期作为工程投产增1万方数据西安建筑科技大学工程硕士学位论文效的主要因素在施工中得到普遍的重视。如何为工程施工提供最优支撑结构体系，并建立这种体系的设计方法、标准、规格等，将其推广到其它类似工

4、程中，对于水利水电工程施工技术的进步将起到有利的推动作用。1.1国内外研究和应用现状筒仓在世界范围内的建造使用已经有100多年的历史，其中绝大多数是用钢筋混凝土作为承重的主要材料，它的主要优点是占地面积小、容量大、劳动生产率高，所以在工程中得到广泛的应用。筒仓结构按使用功能可分农业筒仓和工业筒仓两大类；按平面形状不同可分为方形、矩形、圆形、多边形等；按照主要承重构件的不同可分为柱承式和壁承式；按照安装位置的不同可分为独立仓、单列仓和群仓；按出料位置的不同，可分为底卸仓和侧卸仓；按其建造材料的不同可分为钢筋混

5、凝土仓、金属仓和砖砌仓；当仓内储料计算高度与筒仓内径的比值>1.5时为深仓，当比值<1.5时为浅仓。浅仓主要用于贮料的短期使用，可作为卸料受料配料和给料的设施；深仓主要用于长期贮备物料。另外钢筒仓还可以分为落地式和高架式两种。典型的高架式筒仓由锥形漏斗、置于其上的仓筒及支撑群筒组成。其中支撑群筒可以直接支承于地面也可由多根柱子支承[3]。水利水电工程中常用的散装水泥的储存罐是筒仓结构，高架式筒仓支撑体系是本文的主要研究对象。钢板筒仓最先在国外得到广泛应用。根据调查统计，现在全球所建成的筒仓有一半左右为钢板仓

6、，并且绝大部分为圆形筒仓。我国钢筒仓的应用与发展起步较晚[4]，但是我国积极引进国外的先进的钢板仓技术、设备生产线、完善的设计理论，在吸收借鉴的基础上，进行了完善与发展，保证了钢板仓的安全性，使得钢板仓在我国得以快速发展[5]。目前，随着我国工农业的快速发展，对筒仓的需求十分广泛，钢板仓也渐渐应用于各行各业。[6]国外研究人员对钢板仓的研究起步较早，1895年，德国工程师詹森提出了筒仓内部物料对筒壁的作用力的计算方法，其以静力学理论为基础，被称为詹森计算方法。二十世纪初，Timoshenko等人得出了薄壳屈

7、曲应力的计算公式，其以完整壳为基础，但计算结果却与实验结果相关较大，多年来，世界范围内的学者通过研究发现钢板仓壳体自身的几何缺陷，即壳体的初始缺陷敏感性,可能是造成这种差异的主要原因[7]。1849年JOLLEY将相关理论应用于仓储工程的实际受力分析，为钢筒仓的推广和应用奠定了基础[8]。1989年，Rotter通过对搭接节点的钢筒仓的弹性稳定性的分析，得出内压存在而对屈服强度增加做出的贡献。1995年，2万方数据西安建筑科技大学工程硕士学位论文Greiner等人对风荷载作用下的钢筒仓的屈曲破坏现象进行了研

8、究，并且还提出了一种以数值分析为基础，将几何非线性和材料塑性考虑在内的计算分析方法[9]。1999年，欧洲钢壳规范出版，此规范吸纳了近期关于钢筒仓的研究成果，成为国际上最新的钢壳设计规范。随着欧洲相关工业发展趋于稳定，钢筒仓相关研究在国外的研究也逐步趋于平淡。后续的研究也多以某一实际应用问题展开，系统研究偏少，研究也从钢板筒仓本身转向筒仓内的储存物与筒仓的联合作用。2004年，Grossstuck等人通过分析对粉