钢板仓国外研究现状

在国外，针对钢板仓结构进行了大量的力学分析研究，主要集中在以下两个方面， 一个是钢板仓内散料对于钢板仓内壁的压力形式，另一个是地震对于钢板仓结构行为的影响。在钢板仓设计过程中贮存散料对钢板仓仓壁的压力的施加是关键部分，钢板仓载荷的准确程度直接影响有限元分析结果的精确度，只有载荷施加的准确，才能确保设计的钢板仓结构的安全性和可靠性。在钢板仓使用的最初阶段，贮存散料压力的计算是根据流体力学的理论，但随着对钢板仓载荷的研究深入，人们意识到在钢板仓当中贮存的散料（如水泥、粉煤灰、矿粉、砂石骨料、熟料、煤粉和粮食等）的力学性质与液体有很大的区别， 所以根据流体力学理论对钢板仓散料压力进行计算并不准确，原因是：（1）流体力学中钢板仓内部的压力是随着深度增加而线下增加；（2）钢板仓贮料的侧壁压力是沿着侧壁深度增加而呈某种曲线增加^[4]。如图 1.2 所示：

图 1.2 散料压力与液体压力

直至 1895 年，德国科学家 Janssen^[5]提出了 Janssen 静压理论公式，学界对于钢板仓的散料侧壁压力才有了一个明确的认识，Janssen 公式的两个基本假设是：

（1）在同一深度的垂直压力 P 的分布是均匀的；（2）水平压力与垂直压力的比值是一个常数。根据这两个假设提出钢板仓散料侧壁压力的计算公式： P = krs ， r 是贮存散料的力密度；s 散料顶面或者散料锥体的重心到所计算的截面的距离。

直至现在这个理论的意义依旧十分重大，现在对钢板仓的散料侧壁压力的研究和计算都是以此为基础。在这之后学者也将 Rankine 方法和差分法应用在了钢板仓的散料侧壁压力，这些方法的基础是散料的塑性平衡，没有把散料的应力-应变关系考虑进去，把复杂的实际情况简化成静定结构。由于存在这些缺陷，采用该方法进行计算所的到的结果与实际情况并不十分吻合，许多研究人员对钢板仓进行实际受力分析试验时，证明了应用 Janssen 公式计算的仓内散料侧壁压力并不是钢板仓在实际工作中的压力，在动载卸料的过程中贮存散料的侧壁压力与计算结果并不相符。所以在实际工程中，许多根据 Janssen 理论公式进行设计的钢板仓会出现漏斗口堵塞现象，导致钢板仓的侧壁出现裂纹，最终损坏。因此以 Janssen 公式为理论基础的众多推论，例如：Marcel.Reimbert 和 Andre.Reimbert,Jrnike,Walker 等等，在实际应用中都需要乘上一个修正系数，K“表示筒仓仓内散料侧壁压力与竖直压力的比值”称为侧压力的强度系数，其中 Koenent 的 Rankine 主动土压

力系数k= tan（2

45 -j / 2) 和 Jake 的k = 1-sinj ，j “是仓内散料的内摩擦角”,应

用比较广泛^[6]。

1950 年前后，多名国外科学家发现有限方法对于钢板仓散料侧壁压力卓有成效，学者 Mahmoud 使用建立了一个简单的钢板仓模型使用有限元方法计算出来仓内散料对侧壁压力，这个模型是以力学边界条件为基础而且考虑了钢板仓仓内散料与仓壁摩擦作用；学者 Jofriet 等人使用线弹性方法分析计算了钢板仓在动载卸料时的力学环境^[6]; 学者 Bishara 通过非线弹性模型计算了静态储料状态下散料的侧壁压力[7]; 学者 S.S.EL-Azazy 等人依据 D-P 屈服准则建立粘弹性的型,计算分析了钢板仓的静态储料和动载卸料时的散料对侧壁压力和钢板仓的物料的结拱现象。学者 Q.Zhang 等人研究了 Lade 储存粮食的钢板仓处于不同温度下和静态储料的仓壁压力，为了方便计算，把贮存散料简化成了线弹性体，考虑不同参数的影响全面的分析了动态储料下散料对侧壁的压力。学者 A.H.Askari 等人依据无拉伸的Drucker-Prager 准则，建立了理想的弹塑性模型，分析了钢板仓直段和漏斗段组合的散料在流动情况下对侧壁的压力。学者 Habussler 依据 Euler 方法计算分析了钢板仓漏斗段的贮料流动情况对侧壁压力的影响。学者 Schmidt 等人把散料假设成可压缩、不拉伸的塑弾性材料从而模拟了钢板仓的动态卸料过程。以上多种研究结果表明钢板仓在不同的工作状态下即静态储料和动态卸料过程，应该使用不同的计算模式，现在还没有统一通用的计算方法，确定方法还有待于进一步研究，以上成果的得出加快了钢板仓技术的进步。