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1、筒仓内钢隔板的计算及施工方法探讨 蒋波，洪兴( 成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都610021)摘 要: 若 工 厂 需 增 加 贮 料 品 种，简 单 而 快 捷 的 方 法就是在原有贮料仓内增加钢隔板。本文以实际工程为背景， 在分析筒仓内钢 隔 板 受 力 特 点 的 基 础 上，探 讨 了 筒 仓 内 新 增钢隔板合理 的 结 构 形 式，通 过 查 阅 工 具 书 及 PKPM 软 件 对其进行了结构计算; 由于在筒仓内安装钢隔板的特殊性， 探讨了筒仓内钢 隔 板 的 施 工 方 法，为 筒 仓 内 钢 隔 板 的 计 算 及施工提供了参考。关键词: 筒仓; 钢隔板; 计算
2、; pkpm; 施工方法TQ172. 6 + 14中图分类号:文献标志码:B图 1 钢隔板储料状态作用在仓壁的水平压力可以按下式计算2:文章编号: 1672 4011( 2013) 02 0172 03ks0前 言Ph = Ch ( 1 e ) / ( 1)式中，Ph 为贮料顶面或贮料椎体重心以下距离 s ( m)处，贮料作用于单位面积上的水平压力，kPa; Ch 为深仓贮工厂因生产 的 需 求，需 增 加 储 存 原 料 的 品 种，为 此 可以采取两种方式: 建造新的储料筒仓或对原储料筒仓进行 分隔改造( 即在筒仓内增加钢隔板) 。建造新的储料筒仓 需 要的施工时间长 而 且 造 价 高，
3、故除非新增储料量大于原储 料仓的能力或者业主对改造时间进度允许，此 方 法 一 般 不 采用; 而在筒仓内进行增加钢隔板的方法由于施工时间短 而且造价低，是实际中经常采用的方法。某 工 厂 原 储 存 煤 粉的圆形钢筋混凝土筒仓需要增加储存石油焦，根 据 工 期 安排煤粉仓的改造要求在工厂停产检修的时间内完成，为 了不影响全厂的 生 产，拟采用在原煤粉仓内增加钢隔板的 方案。3料水平压力修正系数; 为贮料的重力密度，kN / m ; 为筒仓水平净截面 的 水 力 半 径，为净断面面积与净断面周长 的比值，m; 为贮料与仓壁的摩擦系数; k 为 侧 压 力 系数，k = tan2 ( 45 /2
4、) ， 为贮料的内摩擦角，; s 为贮 料顶面或贮料椎体重心至所计算截面的距离，m。( 1) 当钢隔板两侧均为满仓时，作用在钢隔板两侧的 水平力大 小相等但方向相反，钢隔板处于两侧 受 压 状 态， 因此钢隔板的整体结构不会产生弯矩和剪力，此 时 钢 隔 板整体可不 进 行 计 算; 另水平侧压力垂直作用在 仓 壁 内 侧，仓壁将产生环向拉力但不产生平面外弯矩，令 原 筒 仓 的 内 径为 d，由 ( 1) 式可知:设置隔板前，筒仓水平净截面的水力半径为:1钢隔板计算11. 1 模型参数原煤粉筒仓内径: ( d /2) 2d前 =d4dn = 8m;设置隔板后，筒仓水平净截面的水力半径为: (
5、 d /2) 2满仓时储料计算高度: hn = 12m;由于石油焦的物理特征和煤粉相差不大，故可取: 2 d d 3重度: 煤粉 = 石油焦 = = 9kN / m ;内摩擦角: 煤粉 = 石油焦 = = 30;后 = 4 d + 2dd+ d2储料与仓壁的摩擦系数:储料与钢板的摩擦系数:受力分析煤粉 = 石油焦 = 1 = 0. 55;煤粉 = 石油焦 = 2 = 0. 40。故 前 后 ，从 而 ph前 ph后 ，即设置钢隔板后，在 其他条件相同的情 况 下，在仓壁相同位置处产生的水平张力 比原来要小，因此原结构仓壁的承载力满足要求，可 不 进 行处理。当钢隔板两侧物料不相同时，虽然隔板两
6、边 侧 压力有差异，但由于水力半径减小，故此时筒壁的承载 能 力也能满足要求。( 2) 当钢隔板一侧为满仓另一侧为 空 仓 时，此 时 钢 隔 板只受到一侧贮料的水平力作用，因此钢隔板整体结构将 产生平面外弯 矩 和 剪 力; 同以上分析可知，改 造 后 水 力 半径减小，原结构仓壁的承载力满足要求，亦可不进行处理。通过上述分析 可 知: 筒仓内钢隔板的结构计 算 可 简 化 为筒仓内一边空仓一边满仓的情况下钢隔板的受弯承载力 1. 2理论研究和实际工程经验表明，风 荷 载 和 地 震 荷 载 对储料仓隔板的 影 响 较 小，在计算过程中可以忽略，计 算 中 可只考虑储料本身的作用即可。对于此
7、工程而言，钢 隔 板 最不利的受力状态有两种极限状态( 如图 1 所示) : 一是钢隔 板两侧均储满储料( 如图 1( a) ) ; 二是钢隔板单侧储满储料， 而另一侧为空仓( 如图 1( b) ) 。作者简介: 蒋波( 1973 ) ，男，高级工程师，主要从事建筑结构设计工作。2013年 第 2 期173 第 39 卷 总 第 172 期 Sichuan Building Materials 2013年 4 月由式 ( 1) 的计算可知，钢隔板所受的实际水平荷载是一条曲线，若按照实际的受力对钢隔板进行内力计算是比 较复杂的，在此可以将曲线荷载简化成三角形荷载进行计 算，其荷载作用效果与之前的
8、相差不大，计 算 结 果 亦 满 足 工程的要求，如图 4 所示，图中 ph为简化后三角形荷载的 最大值。计算和钢隔板支座处螺栓的受剪承载力计算。1. 3计算思路原煤粉仓除仓顶的进料孔和仓底的下料口外，是 封 闭的。仓顶的进料口尺 寸 为 1 000 1 000 ( mm) ，仓 底 的 下 料口尺寸为 2 000 2 400 ( mm) ，在 改 造 过 程中仓底将作为施 工材料的主要 入 口。钢隔板将煤粉仓一分为二后，仓 内 的 施工空间将会 变 小，考虑到施工和技术上的要求，可 将 钢 隔板做成型钢骨架和两边铺板的组合( 如图 2 所示) ，隔板底 部和两边设为 简 支，顶部设为自由端，
9、计算时可按三 边 简 支一边自由的板来进行受力计算，其计算步骤如图 3 所示。图 2 钢隔板俯视图图 4 水平侧压力的简化示意图由表 1 可知: Ph合 267. 174kN / m，则:hn ph= ph合( 3)2由式 ( 3) 可求得:ph = 44. 5kN( 2) 钢隔板的内力计算。钢隔板在简化的三角形荷载 在作用下的弯矩值可通过查表求 得3，板跨中最大弯矩标 准值和板自由端跨中弯矩标准值为:22Mx= 弯矩系数 ph Lx= 121. 32kN2m2= 弯矩系数 ph Lx= 30. 5kN2m2= 0. 0426 44. 5 8满 足22My= 0. 0107 44. 5 822
10、M0 x = 弯矩系数 ph Lx = 0. 0301 44. 5 8= 85. 7kN2m2图 3 钢隔板的计算步骤( 3) 选用 Q345 钢材，考虑到物料对钢隔板的磨损，初步选取铺板厚度为 10 mm。1. 4计算过程( 1) 钢隔板的荷载。钢隔板各高度处的所受的水平力 ( 4)( m)两边铺板的间 距 h。取 单 位 宽 度 1 1的 钢隔板单 元以跨中的最大弯矩值来进行计算， 计 算 公 式 如下4 5:可以由式( 1) 求 得，对 式 ( 1) 进行积分即可得到钢 隔 板 所 受的合力。即:MMxy+f( 4)ks12ph合 = 0 Ch ( 1 e ) / ds式中，Ch 是一个
11、与高度相关的变量。水平侧压力计算表( 2)x Wnxy Wny式中，Mx 、My 分别为同一截面处绕 x 轴 和 y 轴 的 弯矩; x 、y 为截面的塑性发展系数; Wnx 、Wny 为 对 x 轴 和y 轴的净截面模量。由 Wnx = Wny ，x = y = 1. 05，则:表 1hhMx + My1. 3 ( 121. 32 + 30. 5) 106Wnx = f1. 05 310x= 606347mm3根据钢隔板的结构特点，因为型钢骨架的网格往往比 1 1( m) 要大，隔板在平面外弯矩作用下，铺板往往不能全 截面参与承载，参照钢平台铺板加劲肋的计算方法，铺 板 单元截面抗弯抵抗矩计
12、算时可以仅考虑 30 t( t 为 铺 板 的 厚度) 的铺板宽度。即: ( h 10) 22 ( 30 10 10) 2 Wnx = 606347( 5)h2不 合 理不 满 足始 终 不 满 足s( m)kseCP ( kN / m)10. 8611. 253. 48220. 7411. 507. 77530. 6381. 7512. 68340. 5492. 018. 04750. 4722. 021. 10460. 4072. 023. 73670. 3492. 026. 00080. 3012. 027. 95090. 2592. 029. 628100. 2232. 031. 07
13、2110. 1922. 032. 314120. 1652. 033. 384 =267. 174结 束钢 隔板支座处螺栓的计算 铺 板加劲肋的计算 初 步选取钢骨架型钢的大小及间距 对 型钢进行承载力验算 根 据铺板的承载力确定两边铺板的间距 h合 理选 定 钢 材 材 质 ，铺 板 厚 度钢 隔板整体内力计算 钢 隔板的荷载分析 2013年 第 2 期1742013年 4 月 Sichuan Building Materials 第 39 卷 总 第 172 期 由式( 5) 可解得: h1 = 221. 7mm，h2 = 0. 6mm( 舍去) 。( 5) 钢骨架型钢的选取。初步选择隔板
14、骨架的型钢为 20a，根据钢隔板的受力特点，水平方向的弯矩较大而竖 向的弯矩较小，则型钢骨架水平放置的型钢沿竖向的间距 可取小点，初步取为 1. 0 m; 相反，竖向放置的型钢沿水平 方向的间距可以适当加大，初步取为 1. 5 m。( 8)钢隔板支座处螺栓的计算。根据上诉井字梁模型中计算出 来 的 剪 力，可 进 行 螺 栓 的 计 算， 在 此 不 做 计 算。在此需要说明 的 是: 在钢隔板承载能力的计算过程中，忽 略了储料与钢隔板的摩擦力和钢隔板自重的影响，因 此 还 有待进一步的研究。2钢隔板的施工( 6)型钢的验算。由以上分 析 可 知: 整个钢隔板可看 成是井字梁结构( 如图 5
15、所 示) ，梁 截 面 为 H300 300 7 10 的型钢焊接成，同上步分析取井字梁的翼缘宽度为 30 t( t 为铺 板 的 厚 度，为方便计算可 以不考虑型钢翼缘的作 用) 。井字梁结构可采用 PKPM 软件 中 的 SATWE 模 块 来 进 行验算，若不满足则选取另外的型钢和间距在 进 行 验 算， 一直到最后井字梁的布置满足承载力的要求为止 ( 在计算过 程中钢梁和铺板的自重不应参与结构计算，较 为 简 单 的 办 法是将计算参数钢材的密度修改为零) 。此工程最终的验算 结果为28a，间距 1. 5m 1. 0m。施工时，首先将竖向放置的型钢固定( 竖向放置的型钢宜是一个连续的整
16、体且尽量 减 少 拼 接 ) ; 其 次，待 竖 向 型 钢 安装就位后再将水平方向的型钢从底层起分层分段的与竖 向的型钢进行连接( 焊接) ; 最后，待整个钢骨架形成固定以 后再将已焊接过加劲肋的铺板一块一块 的 与 骨 架 连 接 ( 焊 接) ，单片铺板的尺寸根据骨架网格的尺寸确定。3结 论( 1) 若工厂需要增加贮料品种，可以通过在原有的贮 料仓内增加钢隔板来实现，此 种 方 法 简 单、快 捷、而 且 成 本低。( 2)以实际工程项目为背景，详细介绍了筒仓内钢隔 板的计算方法。( 3)由于筒仓内钢隔板特殊的结构 和 施 工 环 境，简 单介绍了筒仓内钢隔板的施工方法。ID: 7967
17、参 考 文 献:1李世达 钢筋混凝 土 带 隔 板 圆 筒 仓 仓 壁 设 计J 河 海 科 技 发展，1994，14( 4) GB50077 2003 钢筋混凝土筒仓设计规范S 建筑结构静力手册编写组 建筑结构静力手册M 北京: 中国 建筑工业出版社，1998GB50017 2003，钢结构设计规范S 钢结构设计手册编辑委员会 钢结构设计手册M 北京: 中国 建筑工业出版社，200323图 5 钢隔板的组成示意图45( 7) 钢隔板铺板加劲肋的计算。铺板加劲肋 计 算 可 以参照钢结构设计手册中钢平台铺板加劲肋的计算方法进行 计算，在此不做计算。欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇
18、欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇( 上接第 166 页)适应控制理论及灰色预测理论相结合的方式进行线性控制， 在施工过程中，根据实测结果与计算结果的对比，调 整 了 计算模型的混 凝 土 自 重、预应力张拉效应、结 构 收 缩 徐 变 效应，使得各阶段结构的实测位移和计算位移 基 本 接 近。 成桥阶段所 有节点标高与设计线 形 的 误 差 均 在 1. 0 cm 以 内，成桥线形平顺，满足设计及施工规范要求。并进行分析。( 6) 预应力张拉需要严格控制张拉应力和钢 绞 线 的 伸 长量，遇到不满足规范要求的情况需要进行分析。6结束语采用钢管混凝土柱内设精轧螺纹钢作为抵抗 T 构
19、 横 纵向不平衡弯矩的措施，未合拢前使悬灌梁 T 构 与 设 计 承 台 临时固结，既有效解决了因梁体曲线半径小、不 对 称 不 等 重、各种附加荷载所产生的双向不平衡弯矩问题，保 证 了 施工安全质 量，又极大的节约了人工、材 料、机 械 设 备 的 投入，创造了良好的经济效益，也为今后类似工程的 施 工5注意事项( 1)挂篮的后锚点的锚固情 况需要给与特别的重视，以防施工中挂篮发生过大的变形。( 2) 在挂篮定位后，非技术人员不得擅自进行可以改 动挂篮高程的操作。( 3) 为消除温度 的 影 响，挂篮定位需要在早上进行， 如移动挂篮后的时间不是早晨，可以在移动挂篮后根据立 模高程初步定位，在绑扎钢筋期间的早晨进行精确定位。( 4) 在混凝土浇筑前需要对挂篮立模高程进行检查。( 5) 浇筑混凝土过程中，严格控制浇筑的混凝土方量， 防止超方 现 象 出 现，并记录每一悬臂梁段的混 凝 土 方 量，ID: 8035提供了参考。参 考 文 献:12JTJ 041 2000，公路桥涵施工技术规范S.杨文渊，徐 犇 桥梁施工工程师 手 册M 北 京: 人 民 交 通 出 版社，2003周永兴，何兆益，邹毅松 路桥施工计算手册M 北京: 人民交 通出版社，20013