钢板仓在沙特SCC SCC等水泥厂中的应用及计算分析

任和

钢板仓在沙特SCC SCC等水泥厂中的应用及计算分析

Application and Calculation Analysis of SteelSilo in Some Cement Plants Such as SaudiArabian SCC Cement Plant Plant

任和

用钢板焊接或卷制而成的钢板仓是近年来引进国外先进技术发展的新技术。由于国内钢板仓的应用在水泥行业历史较短，钢板仓的研究与国际先进水平相比还存在一定的差距。同时，钢板仓结构也有许多问题有待进一步解决。

筒仓；钢板仓；仓壁计算；用钢量

1 引言

筒仓是水泥工厂最常用的物料储存的构筑物，受钢板仓径厚比大、稳定性差等技术上的制约，国内水泥加工企业的物料仓储基本上是钢筋混凝土结构[1]。随着新技术在水泥工厂设计中的应用越来越广泛，钢板仓的优点也逐步凸显出来，具体表现为造价低、安装方便、建设周期短、投资见效快等。近年来钢结构筒仓被广泛使用于新建的水泥厂中。

在钢板仓应用方面，我国从国外引进了平面为圆形的波形薄钢板仓及卷板钢板仓工艺，应用于粮食加工工业及饲料工业。但这些筒仓大多数是由制造厂家直接生产，没有统一的设计和制造的技术规定，在使用过程中又缺少严格的管理，以致超出其极限承载力从而导致安全事故[2]。2001年国家建设部正式出台了《粮食钢板筒仓设计规范》（GB50322-2001）[3]，从此钢结构筒仓设计有了规范标准可循。《焊接式散装水泥钢板筒仓》（SB/ T10743-2012）[4]和《钢筒仓技术规范》（GB50884-2013）[5]的相继出台对我国水泥行业钢板仓建设起到了有力的推动作用。

2 规范计算要点

钢板仓仓壁承载能力极限状态设计时，应按规范[5]第5.3.2条进行仓壁在水平及竖直方向上的荷载基本组合，设计时应从中选取相应最不利的组合进行仓壁的强度计算。

钢板仓在竖向荷载作用下，仓壁应按薄壳弹性稳定理论或规范[5]给出的方法进行稳定计算。包括空仓时仅竖向荷载作用下仓壁的稳定性验算σc≤σcr=kpEt/R，以及满仓时竖向荷载与储料水平压力共同作用下及局部集中荷载作用下仓壁的稳定性验算σc≤σcr=kpEt/R。其中，σc是仓壁竖向压应力设计值，σcr是竖向荷载下仓壁的临界应力，t是仓壁的计算厚度，R是钢板仓半径，kp是竖向压力下空仓仓壁的稳定系数，kp是有内压时仓壁的稳定系数。

风荷载对空仓仓壁表面产生不均匀的径向压力，包括使仓壁整体弯曲而产生的径向压应力，以及使仓壁整体剪切而产生的水平剪应力，都可能引起钢板仓仓壁失稳破坏。大量实际工程表明，钢板仓的仓壁厚度是由风荷载作用下空仓稳定计算决定的。因此应按照规范[5]第5.3.8条计算风荷载作用下空仓的稳定性：qn,Rd≤αnqn，Rcru/其中，qn，Rd是风荷载作用下最大外部法向压力设计值，qn，Rcru是各向同性仓壁在外部法向压力下的临界屈曲应力，αn是弹性屈曲的缺陷系数，γM1是板壳稳定承载力分项系数，t是仓壁上最薄处的板厚，l是环梁之间的距离或仓壁上下边缘之间的距离，Cb是外部压力屈曲系数，μs是风荷载体形系数。

3 实际应用及用钢量比较

本文比较了沙特SCC等水泥厂中四个圆形钢板仓仓壁的计算值与用钢量（表1），发现仓的高径比及风荷载作用下空仓的稳定计算起主要作用。在仓壁上设置加劲肋可以适当提高仓壁的强度和明显提高仓体的稳定性（图1），加劲肋间距≯1.2m时的钢板仓可将加劲肋折算成所加强方向的仓壁截面。

在加劲肋加强方向上进行仓壁的抗拉、抗压强度计算时，应采用按“等效强度”的原则确定折算厚度：抗弯和稳定验算时，应按“等效刚度”的原则确定折算厚度：其中，t是仓壁厚度，As是加劲肋的横截面面积，Is是加劲肋截面对平行于仓壁的本身截面形心轴的惯性矩，b是加劲肋间距，es是加劲肋截面形心距组合截面中心的距离，et是仓壁钢板截面形心距组合截面中心的距离。

表1 钢板仓用钢量比较

图1 环向、竖向加劲肋对钢板仓的加固作用

4 我国规范存在的问题

由于国内钢板仓的建设历史较短，钢板仓的研究与应用还存在一些问题：我国规范[3-5]主要是参考国外有关国家（德国、美国、澳大利亚等）的设计规范编制；国外规范已经明确给出了偏心装、卸料等较为复杂静态压力的计算，而我国规范还仅局限于中心装、卸料等简单的轴对称荷载情况；钢板仓是一个空间体系，在地震作用下所储存散料与钢板仓之间有相互作用，我国规范中的地震公式是将筒仓简化为一个单质点或多质点体系，采取底部剪力法或振型分解法计算，不能够准确反映地震对结构的作用情况。

5 结语

总体来说，我国的筒仓规范有自己的特色，体现了设计的可靠性和先进性，按规范设计的钢板仓能够满足安全使用要求，但也存在需要进一步完善的地方。

在市场竞争作用下，为了降低钢材用量，过度依靠加劲肋增加刚度降低仓壁厚度，导致部分钢板仓刚建成使用不久，在无特殊荷载情况下仓壁因强度不够开裂再加固的水桶效应。

建议设计者在钢板仓设计时除了计算本文第2节所述要点，同时应根据外部环境对钢板的腐蚀及储料对仓壁的磨损考虑1～2mm耐磨层厚度，确保设计强度；设置环向及竖向加劲肋以保证钢板仓的稳定；加劲肋与钢板仓壁有效连接，以保证内力均匀传递。

[1]陈辉.圆形水泥钢筒仓有限元分析及其在工程中的应用[D].武汉理工大学，2006.

[2]崔元瑞.我国贮料构筑物建设的发展与回顾[J].特种结构，2000（1）.

[3]GB50322-2011，粮食钢板筒仓设计规范[S].

[4]SB/T10743-2012，焊接式散装水泥钢板筒仓[S].

[5]GB50884-2013，钢筒仓技术规范[S].

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1001-6171（2015）02-0027-02

中材国际海外事业发展公司，北京100102；

2014-09-30；编辑：吕光