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摘要：從近幾年實際工程中發(fā)現(xiàn)的幾個對落地式焊接鋼板筒倉安全性有影響的不利因素，進行分析，以引起同行對鋼板倉安全性的重視。鋼板倉具有建設(shè)周期短、密封性好和成本低等優(yōu)點，在粉狀物料儲存領(lǐng)域得到了普遍認(rèn)可。大型落地式焊接鋼板筒倉儲量一般大于8 000m3 （目前最大的粉體鋼板筒倉儲量達116 000m3）， 因單倉儲量大，投資省（與混凝土倉比較省30%～50%），近幾年得到了快速發(fā)展， 目前運行的這種鋼板筒倉已達到近千座。
大型鋼板筒倉由不同厚度鋼板、型材焊接而成，是由柱面和圓頂構(gòu)成的薄殼結(jié)構(gòu)，高徑比一般小于1.5，一般為復(fù)合地基，允許有合理范圍的沉降，大型鋼板筒倉對其結(jié)構(gòu)安全系數(shù)及整個鋼板筒倉的卸料均勻性要求較高。筆者從近幾年實際工程中發(fā)現(xiàn)了幾個對落地式焊接鋼板筒倉安全性有影響的不利因素，本文對此進行分析，以引起同行和業(yè)主對鋼板筒倉安全性的重視。
1 改變儲存物料類型
鋼板筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計的根本是壓力計算，鋼板筒倉壁水平壓力的大小，與所儲存的物料類型有很大關(guān)系。
依照GB50322—2001 《糧食鋼板筒倉設(shè)計規(guī)范》對物料作用于倉壁單位面積上的水平壓力標(biāo)準(zhǔn)值Phk進行計算：
現(xiàn)取內(nèi)徑dn=41m、高度hn=32.8m 的鋼板筒倉（ρ=dn/4 =10.25m）， 分別以儲存水泥、粉煤灰和礦渣粉為例，計算同一深度(S=25m 處)作用于倉壁的水平壓力，來進行對比分析。各系數(shù)及計算結(jié)果見表1。
由表1 可知，在相同的鋼板筒倉中，水泥、粉煤灰和礦渣粉在同一計算深度作用于倉壁的水平壓力有很大差別，水泥作用于倉壁單位面積上的水平壓力幾乎是粉煤灰的1.5 倍。物料的重力密度越大，其作用于倉壁的水平壓力越大。鋼板筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計時，鋼材強度、鋼板厚度和鋼板規(guī)格的計算應(yīng)滿足儲存物料對倉壁的壓力要求。
根據(jù)以上分析可以看出，物料類型對鋼板筒倉的安全有較大影響。若鋼板筒倉原設(shè)計儲存重力密度小的物料（如粉煤灰），而使用時，改為儲存重力密度大的物料（如水泥），會使倉壁承受更大的側(cè)壓力，超出安全系數(shù)許用范圍，將導(dǎo)致鋼板筒倉超載，有可能引發(fā)倒塌事故。例如，內(nèi)蒙古某廠的兩座五萬噸鋼板筒倉原設(shè)計儲存γ=8kN/m3 的物料， 實際儲存了γ=13kN/m3 的物料，超出了鋼板筒倉的承載能力，導(dǎo)致兩座鋼板筒倉相繼倒塌。因此，鋼板筒倉不能隨意更改所儲物料類型，只允許儲存比原設(shè)計重力密度小的物料，否則將產(chǎn)生安全隱患。
2 入料提升機依附在鋼板筒倉倉壁上
在一些項目中發(fā)現(xiàn)，在未經(jīng)原設(shè)計單位同意的情況下，業(yè)主將入料提升機直接依附于鋼板筒倉倉體上，雖然采取了部分安全措施（如設(shè)置固定架與機殼間隙、鉸支座和滑動支座等），仍造成安全隱患。凡應(yīng)用復(fù)合地基設(shè)計的鋼板筒倉一般是允許一定的沉降的， 當(dāng)由于某些原因造成基礎(chǔ)沉降不均時，將會導(dǎo)致提升機傾斜，造成提升機跑偏、刮殼，直接影響其正常運轉(zhuǎn)，事故率將大大提高。同時，如圖1 所示，鋼板筒倉壁與提升機機殼組成整體結(jié)構(gòu)，各部分之間存在相互約束作用。由于風(fēng)載及振動荷載的作用， 提升機和鋼板筒倉壁的連接部位將產(chǎn)生局部疲勞，存在安全隱患。
3 偏心卸料
鋼板筒倉在進行倉壁應(yīng)力計算時，一般設(shè)定倉內(nèi)料面是水平均勻的（即使考慮偏載，值也不大，否則，筒體鋼板厚度將驟增）。鋼板筒倉受對稱荷載作用，物料作用于倉壁的側(cè)壓力是互相平衡的，即倉內(nèi)物料不對鋼板筒倉產(chǎn)生彎矩作用，如圖2(a)所示。
鋼板筒倉不合理的卸料系統(tǒng)設(shè)計或不當(dāng)?shù)男读喜僮鞣绞?，易?dǎo)致鋼板筒倉產(chǎn)生偏心卸料，如圖2(b)所示。物料堆積多的一側(cè)對側(cè)壁產(chǎn)生的側(cè)壓力將大于另一側(cè)，使筒倉承受彎矩作用，而鋼板筒倉作為薄壁柔性殼結(jié)構(gòu)，其抵抗彎矩的能力是有限的，抗側(cè)移的剛度相對較弱，易導(dǎo)致鋼板筒倉產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)。
偏心卸料時物料流動也會對倉壁的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生較大影響。試驗證明，與中心卸料相比，偏心卸料對倉內(nèi)物料流動的連續(xù)性、穩(wěn)定性和方向性都有很大不同，其對倉壁荷載影響也明顯不同，圖3 是偏心卸料和中心卸料的荷載分布[1]。從圖中可以定性看到偏心卸料增大了倉壁荷載，若這種荷載超出了原倉壁荷載預(yù)設(shè)值，將使倉壁處于一種過荷載狀態(tài)，降低了鋼板筒倉的安全系數(shù)。
4 倉側(cè)卸料
完善的倉體可承受較大的面荷載，并且能夠把受到的荷載均勻地分散到倉壁的各個部分。如果在鋼板筒倉主體隨意開洞卸料或安裝側(cè)卸料裝置，將改變倉壁受力平衡狀態(tài)， 且薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)對孔洞十分敏感，在荷載作用下，孔洞邊緣易形成復(fù)雜的應(yīng)力場，產(chǎn)生高度應(yīng)力集中。應(yīng)力集中越嚴(yán)重，鋼板的塑性變形能力越差，脆性斷裂的危險性越大。當(dāng)超出承載能力時，會在無任何先兆的情況下瞬間產(chǎn)生脆性破壞。
倉側(cè)卸料口附近的壓力具有不規(guī)則特性，不穩(wěn)定的或動態(tài)的料拱會加劇這種現(xiàn)象，使卸料口處產(chǎn)生壓力峰值和劇烈的壓力降。倉壁開孔處受到反復(fù)交變荷載作用，在局部高應(yīng)力區(qū)內(nèi)將形成微小裂紋，易在應(yīng)力遠低于鋼板極限強度甚至屈服點的情況下發(fā)生疲勞破壞，引起卸料口斷裂，此種斷裂沒有明顯預(yù)兆，同樣屬于突發(fā)性的破壞，更易造成安全事故。倉側(cè)卸料時，卸料口處倉壁應(yīng)力發(fā)生變化，垂直壓力下降，而水平壓力會突然上升， 上升到接近于邊界值的最大應(yīng)力，與裝料時相比該應(yīng)力將變的相當(dāng)大。圖4 為根據(jù)圖3 得出的落地式焊接鋼板筒倉裝料和卸料時水平應(yīng)力的定性變化曲線。從圖中可以看到倉壁的水平應(yīng)力在卸料時遠大于裝料時，卸料時的物料流動對筒倉受力狀況影響將更大，倉壁計算時應(yīng)該考慮物料作用的最大卸料荷載。
5 結(jié)束語
影響鋼板筒倉安全的因素很多， 科學(xué)合理的設(shè)計、專業(yè)精準(zhǔn)的施工、嚴(yán)格規(guī)范的使用才是鋼板筒倉長期安全使用的根本。
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