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1、DOI:10.15951/j.tmgcxb.2001.04.007第34卷第4期土木工程学报Vol.34No.42001年8月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALAug.2001大型钢筒仓的结构行为与设计滕锦光赵阳(香港理工大学土木与结构工程系)摘要筒仓结构广泛应用于农业、矿业、化工、电力等诸多领域中的散料储存。混凝土筒仓在国内已有许多应用,但钢筒仓的应用还很有限。过去二十年里国际上对钢筒仓结构的性能及强度进行了大量的研究,香港理工大学在近几年也进行了许多研究。本文总结了大型圆形钢筒仓结构行为及设计方面的近期研究进展。首先对钢筒仓
2、的结构形式及散料荷载进行简单讨论,并介绍钢筒仓的主要破坏形式及相应的研究,给出了可供钢筒仓结构设计直接应用的部分主要设计公式。还介绍了钢筒仓结构设计中的计算机分析方法,最后指出钢筒仓结构尚需进一步研究的课题。关键词钢筒仓结构行为设计屈曲计算机分析中图分类号:TU33文献标识码:A文章编号:1000-131X(2001)04-0046-10更超过了100,000t(直径达100m)。图1所示即为一1引言组单位容量10,000t的大型钢筒仓群。传统的简单设计方法成为钢筒仓结构破坏的主要原因,筒仓成为筒仓结构广泛应用于农业、矿业、化工、电力等所有工程结构中
3、破坏率最高的结构形式。筒仓结构破诸多领域中的散料储存。混凝土筒仓在国内已有许多坏所导致的经济损失不仅限于结构本身,更主要的是应用,并早在1985年就颁布了国家标准《钢筋混凝引起工业生产过程的中断。1985年澳大利亚一项对[1]土筒仓设计规范(GBJ77-85)》,但钢筒仓的应用金属结构研究需求的调研表明“筒仓”为仅次于“房还很有限。而钢筒仓结构在许多情况下比混凝土筒仓屋”的急需研究的对象,超过了桥梁、海洋结构、塔更为经济,目前世界上已建筒仓中大约一半为钢筒架、大跨屋盖等结构。过去二十年里国际上对钢筒仓仓,其中绝大多数为圆形筒仓。圆形钢筒仓是一种组结构
4、的性能及强度进行了大量的研究,香港理工大学合的旋转薄壳结构,复杂的结构性能加上不合理的设在近几年也进行了许多研究。最近,世界上第一本钢计准则导致了许多钢筒仓的结构破坏。筒仓结构设计规范———欧洲钢结构设计规范之4.1:[2]近年来,随着散料储存需求量的不断提高,钢筒筒仓的出版标志着钢筒仓结构的设计技术达到了新仓的数量及容量都迅速增加。单位存储量10,000t的高度。该规范中许多稳定及强度设计准则参照欧洲[3]的高架式钢筒仓已成批兴建,而落地式钢筒仓的容量钢结构规范之1.6:总则:壳体结构的补充规定。图1大型钢筒仓工程实例收稿日期:2000-03-15
5、,收到修改稿日期:2000-09-10第34卷第4期滕锦光等·大型钢筒仓的结构行为与设计·47·本文将总结大型圆形钢筒仓结构行为及设计方面力由下式给出:的近期研究进展,并给出了可供钢筒仓结构设计直接γR-z/zRpn=(1-e0),z0=(1)2μ2μk应用的部分主要设计公式,其中涉及的许多工作已为[2]式中γ为散料的容重,R为仓筒的内半径,μ为仓壁欧洲钢筒仓规范吸收。本文还将介绍钢筒仓及其它摩擦系数,z为有效面以下的距离,k为侧压系数。而钢壳结构设计中的计算机分析法及相关的技术问题,有效面则位于散料与仓壁最高接触面以上h0处:最后指出钢筒仓结构尚需
6、进一步研究的课题。1h0=Rtanr(2)32结构形式及荷载其中r为散料静止角。仓壁摩擦力则由下式给出:γR-z/z2.1结构形式pq=μpn=(1-e0)(3)2钢筒仓可分为落地式(图2a)和高架式(图3)散料卸载会引起仓壁压力的增加。设计规范中通两种。典型的高架式筒仓由锥形漏斗、置于其上的仓常在公式(1)的基础上乘一个大于1的系数来考虑筒及支承裙筒组成(图3)。其中的仓筒/漏斗连接处该影响。国内的混凝土筒仓规范(GBJ77—85)并没常称为转折连接。裙筒可以直接支承于地面(图有区分堆料及卸料的情况,而是统一引入了一个压力3a),也可由多根柱子支承
7、(图3b)。落地式筒仓、修正系数。应当注意的是,散料的材料特性有一定的落地裙筒支承及多柱支承(支承柱多于12根)的高不确定性,因而规范通常给出上下限值,对于某种特架式筒仓都可认为是均匀支承的。定的破坏模式,要用适当的上限或下限值求得最不利的仓壁压力。例如在验算仓壁在轴向压力下的屈曲强度时,需用可能的轴向压力的最大值以及可靠内压的最小值(如[4])。另外,国际上最新的两本筒仓荷[5,6]载规范还规定,即使对于对称堆料及卸料的筒仓结构,设计中也要考虑非对称内压的影响,并给出了该附加非对称内压的分布及大小。但现有钢筒仓结构设计方面的研究极少考虑这一附加内压
8、的影响。2.3漏斗壁压力分布图2落地式筒仓及散料荷载目前各规范中对漏斗壁压力分布采取了不同的形[4][9]式
