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摘要：从近几年实际工程中发现的几个对落地式焊接钢板筒仓安全性有影响的不利因素，进行分析，以引起同行对钢板仓安全性的重视。钢板仓具有建设周期短、密封性好和成本低等优点，在粉状物料储存领域得到了普遍认可。大型落地式焊接钢板筒仓储量一般大于8 000m3 （目前最大的粉体钢板筒仓储量达116 000m3）， 因单仓储量大，投资省（与混凝土仓比较省30%～50%），近几年得到了快速发展， 目前运行的这种钢板筒仓已达到近千座。
大型钢板筒仓由不同厚度钢板、型材焊接而成，是由柱面和圆顶构成的薄壳结构，高径比一般小于1.5，一般为复合地基，允许有合理范围的沉降，大型钢板筒仓对其结构安全系数及整个钢板筒仓的卸料均匀性要求较高。笔者从近几年实际工程中发现了几个对落地式焊接钢板筒仓安全性有影响的不利因素，本文对此进行分析，以引起同行和业主对钢板筒仓安全性的重视。
1 改变储存物料类型
钢板筒仓结构设计的根本是压力计算，钢板筒仓壁水平压力的大小，与所储存的物料类型有很大关系。
依照GB50322—2001 《粮食钢板筒仓设计规范》对物料作用于仓壁单位面积上的水平压力标准值Phk进行计算：
现取内径dn=41m、高度hn=32.8m 的钢板筒仓（ρ=dn/4 =10.25m）， 分别以储存水泥、粉煤灰和矿渣粉为例，计算同一深度(S=25m 处)作用于仓壁的水平压力，来进行对比分析。各系数及计算结果见表1。
由表1 可知，在相同的钢板筒仓中，水泥、粉煤灰和矿渣粉在同一计算深度作用于仓壁的水平压力有很大差别，水泥作用于仓壁单位面积上的水平压力几乎是粉煤灰的1.5 倍。物料的重力密度越大，其作用于仓壁的水平压力越大。钢板筒仓结构设计时，钢材强度、钢板厚度和钢板规格的计算应满足储存物料对仓壁的压力要求。
根据以上分析可以看出，物料类型对钢板筒仓的安全有较大影响。若钢板筒仓原设计储存重力密度小的物料（如粉煤灰），而使用时，改为储存重力密度大的物料（如水泥），会使仓壁承受更大的侧压力，超出安全系数许用范围，将导致钢板筒仓超载，有可能引发倒塌事故。例如，内蒙古某厂的两座五万吨钢板筒仓原设计储存γ=8kN/m3 的物料， 实际储存了γ=13kN/m3 的物料，超出了钢板筒仓的承载能力，导致两座钢板筒仓相继倒塌。因此，钢板筒仓不能随意更改所储物料类型，只允许储存比原设计重力密度小的物料，否则将产生安全隐患。
2 入料提升机依附在钢板筒仓仓壁上
在一些项目中发现，在未经原设计单位同意的情况下，业主将入料提升机直接依附于钢板筒仓仓体上，虽然采取了部分安全措施（如设置固定架与机壳间隙、铰支座和滑动支座等），仍造成安全隐患。凡应用复合地基设计的钢板筒仓一般是允许一定的沉降的， 当由于某些原因造成基础沉降不均时，将会导致提升机倾斜，造成提升机跑偏、刮壳，直接影响其正常运转，事故率将大大提高。同时，如图1 所示，钢板筒仓壁与提升机机壳组成整体结构，各部分之间存在相互约束作用。由于风载及振动荷载的作用， 提升机和钢板筒仓壁的连接部位将产生局部疲劳，存在安全隐患。
3 偏心卸料
钢板筒仓在进行仓壁应力计算时，一般设定仓内料面是水平均匀的（即使考虑偏载，值也不大，否则，筒体钢板厚度将骤增）。钢板筒仓受对称荷载作用，物料作用于仓壁的侧压力是互相平衡的，即仓内物料不对钢板筒仓产生弯矩作用，如图2(a)所示。
钢板筒仓不合理的卸料系统设计或不当的卸料操作方式，易导致钢板筒仓产生偏心卸料，如图2(b)所示。物料堆积多的一侧对侧壁产生的侧压力将大于另一侧，使筒仓承受弯矩作用，而钢板筒仓作为薄壁柔性壳结构，其抵抗弯矩的能力是有限的，抗侧移的刚度相对较弱，易导致钢板筒仓产生屈曲失稳。
偏心卸料时物料流动也会对仓壁的结构安全产生较大影响。试验证明，与中心卸料相比，偏心卸料对仓内物料流动的连续性、稳定性和方向性都有很大不同，其对仓壁荷载影响也明显不同，图3 是偏心卸料和中心卸料的荷载分布[1]。从图中可以定性看到偏心卸料增大了仓壁荷载，若这种荷载超出了原仓壁荷载预设值，将使仓壁处于一种过荷载状态，降低了钢板筒仓的安全系数。
4 仓侧卸料
完善的仓体可承受较大的面荷载，并且能够把受到的荷载均匀地分散到仓壁的各个部分。如果在钢板筒仓主体随意开洞卸料或安装侧卸料装置，将改变仓壁受力平衡状态， 且薄壁圆柱壳结构对孔洞十分敏感，在荷载作用下，孔洞边缘易形成复杂的应力场，产生高度应力集中。应力集中越严重，钢板的塑性变形能力越差，脆性断裂的危险性越大。当超出承载能力时，会在无任何先兆的情况下瞬间产生脆性破坏。
仓侧卸料口附近的压力具有不规则特性，不稳定的或动态的料拱会加剧这种现象，使卸料口处产生压力峰值和剧烈的压力降。仓壁开孔处受到反复交变荷载作用，在局部高应力区内将形成微小裂纹，易在应力远低于钢板极限强度甚至屈服点的情况下发生疲劳破坏，引起卸料口断裂，此种断裂没有明显预兆，同样属于突发性的破坏，更易造成安全事故。仓侧卸料时，卸料口处仓壁应力发生变化，垂直压力下降，而水平压力会突然上升， 上升到接近于边界值的最大应力，与装料时相比该应力将变的相当大。图4 为根据图3 得出的落地式焊接钢板筒仓装料和卸料时水平应力的定性变化曲线。从图中可以看到仓壁的水平应力在卸料时远大于装料时，卸料时的物料流动对筒仓受力状况影响将更大，仓壁计算时应该考虑物料作用的最大卸料荷载。
5 结束语
影响钢板筒仓安全的因素很多， 科学合理的设计、专业精准的施工、严格规范的使用才是钢板筒仓长期安全使用的根本。
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