火力发电厂钢筋混凝土筒仓结构设计的要点

摘要 本文根据笔者设计的一些电厂和脱硫项目的筒仓工程以及工程实例，对筒仓的结构设计要点进行了整理归纳，就筒仓结构设计中的若干问题进行了探讨，包括结构模型建立的原则、仓底结构设计、筒壁环梁作用以及温度应力的计算等。

关键词 钢筋混凝土筒仓筒仓结构设计有限元分析环梁温度应力

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、概述

筒仓是用来贮存散体物料的一种理想的常用仓型，它占地面积小，仓容量大，便于机械化作业，因此，在电力、现代物流、粮食、煤炭、水泥、轻工等行业中有着广泛的应用。筒仓可分为浅仓和深仓。对浅仓与深仓的分类法有：按高径比分类和按破裂面分类等多种．其中最简单、且被广泛应用的一种为t当高径比小于1.5时为浅仓，当高径比（或高宽比）大

于或等于1.5时为深仓。贮料的侧压力是散装仓设计的重要参数，其计算正确与否直接关系到仓体结构是否安全、可靠、经济、合理。世界上很多国家都出现过大量筒仓仓体破裂或倒塌的事故．我国也不例外，而这些事故大都是由于设计时荷载考虑不足引起的，造成了巨大的损失。另外．由于筒仓内的物料要经常进行装卸。物料在运动过程中对筒仓的作用力与处于静止状态时是完全不同的，尤其深仓，仓内物料的压力问题十分复杂，其初始状态、流动情况的各不相同，即使卸出极少量的物料，筒仓壁上的压力也有所增加，甚至是静止压力时的1~2倍。筒仓的卸料形式不同，仓壁压力增大的数值也不同。所以，工程师在钢筋混凝土简仓的结构设计中，在贯彻执行国家技术经济政策前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量是非常必要的。

二、结构模型建立的原则

为了更加精确地分析筒仓结构的内力分布，目前工程中越来越多地使用有限元软件进行分析，筒仓有限元模型的建立可以采用各种通用有限元软件进行，如Sap2000、Ansys、

Midas等等。筒仓结构主要杆系，如梁、柱可以采用线单元来模拟；对于筒仓环梁的划分要求保证均匀，同时兼顾与其交接的面单元和线单元的连接，尽量保证共节点，减少节点数量，提高计算效率。对于仓壁、漏斗、楼板、隔板和承台，可以采用壳单元模拟（不用实体单元可以节省计算时间），其中对于宽厚比小于1/10的面单元可以采用薄壳单元，而对于宽厚比大于1/10的面单元则需要采用厚壳单元，以考虑板的剪切变形。对于筒仓的有限元模型的建立，需要遵循即简洁又准确的原则才能使到结果数据趋于精确，分析结论才有意义。

三、仓底结构设计

钢筋混凝土筒仓的仓底直接承受贮料的垂直压力，因此，设计时应综合考虑：（1）卸料畅通；（2）荷载传递明确，结构受力合理；（3）造型简单，施工方便；（4）填料较少。仓底形式最常用有整体连接型式和非整体连接型式。整体连接为仓底与仓壁整体浇筑，整体性较好，但不利于滑模施工，计算较复杂。非整体连接为仓底与仓壁分开布置，仓底通过边梁（或环梁）支承于筒壁壁柱上，也可与仓壁完全脱开，简化了计算，便于滑模施工。

一般而言，仓底采用井字梁结构能够适应工艺开孔、埋铁以及运行层的布置，且经济性好，在火力发电厂中作为仓底结构运用较广。但不同于民用建筑中的井字梁，仓底井字梁支撑在圆形筒壁上，因此各井字梁的长度不尽相同，抗扭刚度也不同。通过分析不难得出，这种长短不一的井字梁布置通过各节点的变形协调来完成荷载分配，各梁在节点处协调扭转会引起较大的扭矩，尤其是最外侧梁。扭矩对截面选择起控制作用，此时宜适当加大梁宽。当然对于现浇楼板，应考虑其对梁抗扭能力的提高作用，计算时对扭矩作适当折减，一般可取梁扭矩折减系数为0.4。PKPM在仓底结构计算时应用较多，但在计算筒壁支承时，模型中一般用墙元来模拟筒壁。对于与筒壁相连的板块，SATWE将按板单元周边长度来分配荷载，这种分配形式与板块实际受力不相符，因而应用时应慎重。比较精确的荷载分配方式是通过建立板单元，并通过板单元与梁单元以及周圈筒壁单元的节点耦合来分配荷载。

四、筒壁环梁的作用

火力发电厂中的筒仓结构建筑物在运转层、贮料层以及屋面层三处有楼面板或屋面板的筒壁处，通常是按照暗梁的配筋方式集中加大配筋而形成三道环梁。筒仓贮料层顶部的环梁起约束库壁顶部变形、防止仓壁失稳的作用。除此之外，三处楼板将筒仓沿纵向划分为三个不同的功能分区，外壁的受力特征也完全不同，由下至上依次为：简壁支承区，主要承受上部贮料及各层楼板的恒载和活载，并将其传递至基础；仓壁与筒壁过渡区，外壁由仓壁向筒壁过渡，受力状态由环向受拉为主向纵向受压为主转变；仓壁区，主要承受贮料压力以及仓壁内外温差引起的温度应力。可见，虽然筒壁和仓壁连成一体，但却具有截然不同的受力特征，因此环梁实际上起到了“转换层”的作用，将具有不同受力特征的外壁分隔开，以减小相互之间的影响。尤其是贮料层楼板处环梁与厚板或井字梁板相连接，整体刚度大，成为仓壁的固定边界，因而将承受较大的环向拉应力。

五、仓壁温度应力的计算

火力发电厂部分筒仓中的贮料在其降温过程中的物理变化对结构及结构材料的设计有一定的影响。若按弹性计算，仓壁的环向钢筋配筋量将大幅度增加。而实际上仓壁受温度作用而开裂，开裂后仓壁温度应力将大幅度释放，从而减小了钢筋温度应力，因此，实际的仓壁裂缝将比仅按弹性理论计算的裂缝宽度小。在《钢筋混凝土筒仓设计规范》中，当仓内温度不超过100℃时，将计算得到的最大环向拉力提高6％~8％进行近似考虑，可见考虑温度作用后对配筋量的提高并不大。在我院设计的几十座各种规模的灰库中，也从未发现因为温度应力而导致较大裂缝影响使用的情况。当然对于直径很大的浅圆仓（如储煤用圆煤仓），由于其温度应力作用很大，有些甚至要将最大环向拉力提高30％~50％进行计算。此时，比较精确地计算温度应力对裂缝开展的影响应通过非线性有限元分析得出，而且要同时考虑材料非线性和裂缝的影响，通常这样的计算费时费力，目前很难在工程上推广使用。

六、结语

对于火力发电厂筒仓结构，特别对于深仓，由于贮料处于流动压力状态，为了准确反应整个结构的受力情况，应该利用有限元软件进行分析。随着国家工业的发展，筒仓的应用也必将越来越广泛，尽管相关研究成果已经非常丰富，但在设计中还是存在着一些尚未解决的问题。作为结构设计人员我们要在设计中不断学习，积累经验，发现问题．解决问题。

参考文献：

[1] GB 50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[s]．

[2] 朱炳寅．建筑结构设计问答及分析[M]．北京：中国建筑工业出版社，2013．

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[4] 北京金土木软传技术有限公司．SAP2000中文缴使用指南，人民交通出版社，2006．