鋼板倉國外研究現(xiàn)狀

在國外，針對鋼板倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的力學(xué)分析研究，主要集中在以下兩個(gè)方面， 一個(gè)是鋼板倉內(nèi)散料對于鋼板倉內(nèi)壁的壓力形式，另一個(gè)是地震對于鋼板倉結(jié)構(gòu)行為的影響。在鋼板倉設(shè)計(jì)過程中貯存散料對鋼板倉倉壁的壓力的施加是關(guān)鍵部分，鋼板倉載荷的準(zhǔn)確程度直接影響有限元分析結(jié)果的精確度，只有載荷施加的準(zhǔn)確，才能確保設(shè)計(jì)的鋼板倉結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。在鋼板倉使用的最初階段，貯存散料壓力的計(jì)算是根據(jù)流體力學(xué)的理論，但隨著對鋼板倉載荷的研究深入，人們意識(shí)到在鋼板倉當(dāng)中貯存的散料（如水泥、粉煤灰、礦粉、砂石骨料、熟料、煤粉和糧食等）的力學(xué)性質(zhì)與液體有很大的區(qū)別， 所以根據(jù)流體力學(xué)理論對鋼板倉散料壓力進(jìn)行計(jì)算并不準(zhǔn)確，原因是：（1）流體力學(xué)中鋼板倉內(nèi)部的壓力是隨著深度增加而線下增加；（2）鋼板倉貯料的側(cè)壁壓力是沿著側(cè)壁深度增加而呈某種曲線增加^[4]。如圖 1.2 所示：

圖 1.2 散料壓力與液體壓力

直至 1895 年，德國科學(xué)家 Janssen^[5]提出了 Janssen 靜壓理論公式，學(xué)界對于鋼板倉的散料側(cè)壁壓力才有了一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，Janssen 公式的兩個(gè)基本假設(shè)是：

（1）在同一深度的垂直壓力 P 的分布是均勻的；（2）水平壓力與垂直壓力的比值是一個(gè)常數(shù)。根據(jù)這兩個(gè)假設(shè)提出鋼板倉散料側(cè)壁壓力的計(jì)算公式： P = krs ， r 是貯存散料的力密度；s 散料頂面或者散料錐體的重心到所計(jì)算的截面的距離。

直至現(xiàn)在這個(gè)理論的意義依舊十分重大，現(xiàn)在對鋼板倉的散料側(cè)壁壓力的研究和計(jì)算都是以此為基礎(chǔ)。在這之后學(xué)者也將 Rankine 方法和差分法應(yīng)用在了鋼板倉的散料側(cè)壁壓力，這些方法的基礎(chǔ)是散料的塑性平衡，沒有把散料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系考慮進(jìn)去，把復(fù)雜的實(shí)際情況簡化成靜定結(jié)構(gòu)。由于存在這些缺陷，采用該方法進(jìn)行計(jì)算所的到的結(jié)果與實(shí)際情況并不十分吻合，許多研究人員對鋼板倉進(jìn)行實(shí)際受力分析試驗(yàn)時(shí)，證明了應(yīng)用 Janssen 公式計(jì)算的倉內(nèi)散料側(cè)壁壓力并不是鋼板倉在實(shí)際工作中的壓力，在動(dòng)載卸料的過程中貯存散料的側(cè)壁壓力與計(jì)算結(jié)果并不相符。所以在實(shí)際工程中，許多根據(jù) Janssen 理論公式進(jìn)行設(shè)計(jì)的鋼板倉會(huì)出現(xiàn)漏斗口堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼板倉的側(cè)壁出現(xiàn)裂紋，最終損壞。因此以 Janssen 公式為理論基礎(chǔ)的眾多推論，例如：Marcel.Reimbert 和 Andre.Reimbert,Jrnike,Walker 等等，在實(shí)際應(yīng)用中都需要乘上一個(gè)修正系數(shù)，K“表示筒倉倉內(nèi)散料側(cè)壁壓力與豎直壓力的比值”稱為側(cè)壓力的強(qiáng)度系數(shù)，其中 Koenent 的 Rankine 主動(dòng)土壓

力系數(shù)k= tan（2

45 -j / 2) 和 Jake 的k = 1-sinj ，j “是倉內(nèi)散料的內(nèi)摩擦角”,應(yīng)

用比較廣泛^[6]。

1950 年前后，多名國外科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有限方法對于鋼板倉散料側(cè)壁壓力卓有成效，學(xué)者 Mahmoud 使用建立了一個(gè)簡單的鋼板倉模型使用有限元方法計(jì)算出來倉內(nèi)散料對側(cè)壁壓力，這個(gè)模型是以力學(xué)邊界條件為基礎(chǔ)而且考慮了鋼板倉倉內(nèi)散料與倉壁摩擦作用；學(xué)者 Jofriet 等人使用線彈性方法分析計(jì)算了鋼板倉在動(dòng)載卸料時(shí)的力學(xué)環(huán)境^[6]; 學(xué)者 Bishara 通過非線彈性模型計(jì)算了靜態(tài)儲(chǔ)料狀態(tài)下散料的側(cè)壁壓力[7]; 學(xué)者 S.S.EL-Azazy 等人依據(jù) D-P 屈服準(zhǔn)則建立粘彈性的型,計(jì)算分析了鋼板倉的靜態(tài)儲(chǔ)料和動(dòng)載卸料時(shí)的散料對側(cè)壁壓力和鋼板倉的物料的結(jié)拱現(xiàn)象。學(xué)者 Q.Zhang 等人研究了 Lade 儲(chǔ)存糧食的鋼板倉處于不同溫度下和靜態(tài)儲(chǔ)料的倉壁壓力，為了方便計(jì)算，把貯存散料簡化成了線彈性體，考慮不同參數(shù)的影響全面的分析了動(dòng)態(tài)儲(chǔ)料下散料對側(cè)壁的壓力。學(xué)者 A.H.Askari 等人依據(jù)無拉伸的Drucker-Prager 準(zhǔn)則，建立了理想的彈塑性模型，分析了鋼板倉直段和漏斗段組合的散料在流動(dòng)情況下對側(cè)壁的壓力。學(xué)者 Habussler 依據(jù) Euler 方法計(jì)算分析了鋼板倉漏斗段的貯料流動(dòng)情況對側(cè)壁壓力的影響。學(xué)者 Schmidt 等人把散料假設(shè)成可壓縮、不拉伸的塑弾性材料從而模擬了鋼板倉的動(dòng)態(tài)卸料過程。以上多種研究結(jié)果表明鋼板倉在不同的工作狀態(tài)下即靜態(tài)儲(chǔ)料和動(dòng)態(tài)卸料過程，應(yīng)該使用不同的計(jì)算模式，現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一通用的計(jì)算方法，確定方法還有待于進(jìn)一步研究，以上成果的得出加快了鋼板倉技術(shù)的進(jìn)步。