第4章-粮仓建筑与结构

第四章立筒仓的储粮压力分析2筒仓分为深仓和浅仓，当筒仓内储粮计算高度(hn)与圆形仓内径(dn)之比或与矩形筒仓短边(b)之比大于或等于1.5时为深仓，小于1.5时为浅仓。一、概述1、概述3筒仓有圆形和矩形之分，但储粮压力计算公式只随深、浅仓类型的不同而不同。筒仓可由钢板、钢筋混凝土、砖石等材料建成。钢筋混凝土筒仓又可分为现浇、预制、预应力和非预应力结构。钢板筒仓可选用平钢板或波纹钢板，采用焊接、铆接、螺栓连接、咬口连接的不同制做形式。一、概述4深仓的结构特点是高度大、直径小。受力特点是由于侧压力、摩擦力的存在，作用于某截面的垂直压力不等于其截面以上的粮食重力。同时，垂直压力和水平压力的增长与仓筒高度不成比例；装载深度增加时，仓筒压力增加的速度渐渐缓慢，并且达到一定的深度后，压力就达到最高点，而后不论再增加多少装载深度，压力值几乎无变化。二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析深仓储粮压力的分析5二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析6屋顶恒载+活载仓上恒载+活载恒载+活载恒载+活载仓内恒载+活载风荷载地震作用风荷载地震作用二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析7贮料顶面为斜面贮料装至仓顶0hPfPnPndvPvsP摩擦力二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析80hPfPnPndvPvsP基本假设：粮食处于静止状态；垂直压力Pvs在水平面呈均匀分布；水平压力Ph0与垂直压力Pvs成比例；Ph0=kPvs;0hP摩擦阻力不计仓底对粮食压力的影响粮食为均匀密实，不可压缩的散粒体。二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析9vsPvsvsdPP重力dsh0Ph0Pττvsvsvsvs()()0FdsPFPdPFkPLds粮食的容重截面周长横截面面积0hPfPnPndvPvsP0hP0hPfPnPndndvPvPvPvPvsPvsP二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析10两端积分vsvs()0FdsdPFkPLdsvsln()FscFLkLPkLvsvsFdPdsFkLPL整理，得ln()FcFLkLs=0，vs0PVSPVSPVSVSdPPVSVSdPP重力ds重力重力dsdsh0Ph0Ph0Ph0Pττττ二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析11化简，得vs(1)(1)kLsFLFFPeLk两边同取自然对数e的指数vslnFLkLPFskLFLvs1kLsFkLPeFL接近零vs(1)ksPek水力半径二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析12vs(1)ksPek垂直压力h0=(1)ksPe水平压力k二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析13VSPfPfP重力s总竖向重力、摩擦力、竖向压力平衡fv0sSFPLPF/f[.(1)]uksPseuk0hPfPnPndVPVSP0hP0hPfPnPndndVPVPVPVPVSPVSP二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析14vs(1)ksPek垂直压力h0=(1)ksPe水平压力摩擦阻力/f[.(1)]uksPseukh0Psh0PsfPs二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析15同时存在垂直压力、侧压力、摩擦力；垂直压力和水平压力与仓筒高度不成比例；仓筒压力增加的速度随着装粮深度增加渐渐缓慢。二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析16四、储粮压力分析/有待深入讨论的问题fPs增加增加如何解决？17。上的总竖向摩擦力，截面以上仓壁单位周长深度；上的水平压力，处作用于仓壁单位面积深度力，处单位面积上的垂直压深度；离，心至所计算截面处的距储粮顶面或储粮锥体重粮食内摩擦角，度；主动侧压力系数，；筒仓横截面的周长，；筒仓横截面的面积，；，水力半径，；储粮对仓壁的摩擦系数储粮的重力密度，mKNSPmKNSPmKNSPmStgKKmLmFmLFumKNfhvs//;/);2/45(/;/202223二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析18锥体重心高度Pf＇Pf＇自重Pf＇Pf＇二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析19'()0vhfvsFPPLFPhsF'()/fvsvhPFPFhsFPL'//(1)()(1)kskhfPehsekk2//()()kskhhseek/()/()(1)khukhshseek二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析fPs202、浅仓储粮压力的分析任意深度S处单位面积上的竖向压力为：vs/PSFFS式中：3/;KNmSm储粮的重力密度，储粮顶面（或储粮锥体重心）至所计算截面处的深度，；二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析21任意深度S处作用于仓壁单位面积的水平压力Ph0:0.hvsPKPKS)245(2tgK其中：K是粮食主动侧压力系数,二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析223、锥斗储粮压力的分析任意深度S处作用于仓壁单位面积的水平压力Ph0:1）任一深度S处取出微元面dF，水平投影面积：dF·cosa竖向投影面积：dF·sina二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析233、锥斗储粮压力的分析2）微元面dF上受到的荷载：竖向力：PvsdFcosa水平力：PvsdFsina3）将PvsdFcosa、Ph0dFsina分别向dF的法线方向投影，利用力的平衡条件，可得到二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析24nvsh0dFdFcoscosdFsinsinPPP2h02vsnsinPcosPP22vs(cossin)nPPk漏斗壁与水平面之间的夹角。二、储粮压力分析/一般深仓储粮压力分析25Janssen理论是分析筒仓结构时一个十分重要的古典理论。在它的基本假定中，最主要的是粮食的初始压力为静态压力和各水平面的垂直压力处于均匀分布状态。实际上，筒仓内粮食压力问题十分复杂，粮食的初始状态、流动情况等都各不相同，因而Janssen理论在实际工程应用中存在着明显的缺陷。到目前为止，粮食呈静止状态时，Janssen理论在理论和实验方面都已被证明是符合实际情况的。但是，按照Janssen理论设计的筒仓，的确曾多次出现过粮食流动卸料时筒仓破坏的事例。三、实际工程中筒仓内粮食压力的研究26深仓的两种出粮形式：三、实际工程中筒仓内粮食压力的研究27深仓储粮压力的研究：三、实际工程中筒仓内粮食压力的研究28减压管卸料示意图三、实际工程中筒仓内粮食压力的研究轴流排风机热空气破拱帽出粮口卸料减压装置接粮筒进风口冷空气通风网络及卸料减压剖视图29三、实际工程中筒仓内粮食压力的研究试验结构表明：地震作用下的动态侧压力值比静态侧压力实测值大得多，在八度罕遇烈度下，群仓仓顶部分的动态侧压力值是静态侧压力实测值的8倍，单仓仓顶部分的动态侧压力值是静态侧压力实测值的9倍；在七度基本烈度地震波作用下，除仓顶部分外，筒仓的动态侧压力值均小于规范设计值，30一、深仓储粮压力计算公式四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算储粮休止角储粮面仓顶储粮锥体重心线深仓的尺寸及压力示意图31)]1(.[)1()1(///uksfukshhuksvveukSPeCPeCP1、深仓储粮压力计算公式1．我国《钢筋混凝土筒仓设计规范》的计算公式4)(24/Ababadnnnnn星仓：矩形筒仓：圆形筒仓：值按下列式取用：四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算32四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算ecrhpEp(2)/()rEbebeecchpEp(4)/(2)cnnEdede偏心卸料作用于矩形仓仓壁上的水平压力为偏心卸料作用于圆形仓仓壁上的水平压力为：筒仓的出料口应居中，孔径宜10/dn(nd为筒仓内径)，且不大于600mm；当仓底设有偏心出料口或仓底设多个出料口会引起偏心出料时，应另行考虑偏心出料的不利影响且出料流量不宜大于2000KN／时。33四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算34四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算漏斗储粮压力计算22(cossin)nvsvspPkP22cossinkvsP应按下列规定取值：深仓时，在漏斗高度范围内均取漏斗顶面之值。浅仓时，在漏斗顶面处取nvshP；在漏斗底面处取)(hnvshhP。其中：nh为漏斗高度(nh)。35美国规范(ACl313—97)的计算公式四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算储粮休止角储粮面仓顶储粮锥体重心线仓顶在深度Y处的物料的竖向压力（静态）：/R(1)kkYRqe在深度Y处的物料的水平压力（静态）：Pkq在深度Y处的物料的水平压力（静态）：()VYqR仓壁储粮压力计算36该规范也采用了杨森公式，但对于水平和垂直压力修正系数，该规范没有像中国规范一样明确定义，设计水平压力需要将静态水平压力乘以1.35～1.5的放大系数，一般情况下系数为1.5；库底板设计竖向压力由底板的种类而定，对于混凝土底板，需要将静态竖向压力乘1.35的放大系数；对于钢底板，需要将静态竖向压力乘1.5的放大系数；但均不能超过。Y。四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算Y37Y。四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算在漏斗深度hy处物料的竖向压力（静态）：漏斗储粮压力计算在漏斗深度hy处法线方向物料的压力取下列两式中的较大值38Y。四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算在漏斗深度hy处沿漏斗表面单位面积上的摩擦力考虑到物料的流动形式和漏斗材料种类，对于混凝土底板，设计压力需要将静态压力乘1.35的放大系数；对于钢底板，设计压力需要将静态竖向压力乘1.5的放大系数；但均不能超过。Y39Y。四、规范中采用的储粮压力计算公式/深仓储粮压力计算仓顶储粮锥体重心线欧洲规范(prEN1991-4:2003)的计算公式40按《钢筋混凝土筒仓设计规范有：2...(45/2)vshPSPkSktg四、规范中采用的储粮压力计算公式/浅仓储粮压力计算41深、浅仓采用不同的计算公式，当hn/dn=1.5时，按深、浅仓计算所得的储料水平压力，出现不衔接的现象，其比值可用下式xhhh()C1eXPCP深（）（浅）/khXn以圆形筒仓为例：当k=0.333μ=0.5hn/dn=1.5Ch=2时得X＝0.999C=1.26四、规范中采用的储粮压力计算公式/浅仓储粮压力计算42Y。四、规范中采用的储粮压力计算公式/浅仓储粮压力计算大型浅圆仓（nndh5.0，mdn24）储粮压力计算公式当仓壁顶面以上的贮料为锥体，破裂面通过仓的中线21E0.5kh1hkph43Y。四、规范中采用的储粮压力计算公式/浅仓储粮压力计算大型浅圆仓（nndh5.0，mdn24）储粮压力计算公式当仓壁顶面以上的贮料为锥体，破裂面通过仓的中线21E0.5kh1hkph44当仓壁顶面以上贮料为截锥体，破裂面不通过仓中线四、规范中采用的储粮压力计算公式/浅仓储粮压力计算22tantanSsKABE12Kp22kph12()hkphE45当仓壁顶面以上贮料为锥体，破裂面不通过仓中线四、规范中采用的储粮压力计算公式/浅仓储粮压力计算2320.5kEh32hkph