水泥生产线生料均化库仓壁结构设计安全性与合理性探讨

　　摘要：近两年来发现不少水泥生产线已交付投产的生料均化库出现结构性竖向裂缝。大部分都是投产3—5年逐步发展，日趋严重，而且多数都发生在内部直径22.5，高61.8米的同一仓型，若处理部及时或不到位就会崩塌。目前大概发生30座这种仓型的筒仓在加固处理的性息，出现的情况基本一致，其加固费用相当高，业主也深感被动，为了彻底弄清原因，从设计方面做些探讨。

　　关键词：库壁，配筋，裂缝

　　一、仓壁结构原设计介绍

　　筒仓底标高14.166米(仓底环梁面)，仓顶标高61.81米，内直径22.5米。普通钢筋混凝土结构，混凝土的强度等级C30，仓壁厚度380mm，仓壁受拉环向钢筋按正常使用极限状态设计配置，Wmax≤0.2mm。

　　仓壁配筋如下：

　　以原设计标高14.166至20.166米为例，外排单层配筋间距缩小为55mm。以上两种配筋的间距均超过《筒规》极限值。(变更前外排双层钢筋等同并筋，变更后外排间距55mm小于规范规定的70mm限值)

　　二、原仓壁设计存在缺陷

　　(一)、裂缝控制等级超过规范允许最大宽度0.2毫米极限值

　　1、计算参数取值有误差

　　受力钢筋保护层：GB50077-20036.1.1条规定受力钢筋的保护层厚度不得小于30毫米，设计取25毫米。显然少配了抗裂钢筋。

　　2、温度效应未考虑

　　生料库的储存料的温度达到80摄氏度以上，此仅为环境温度，淮北地区冬季最低气温在-15摄氏度左右，库内外温差就有可能接近100摄氏度。该仓壁图纸在黄淮以北和长江以南普遍使用。几乎成了通用图纸，设计应按照最不利条件考虑。GB50077-2003规定环境温度作用按永久荷载计算。直径21米— 30米的筒仓按其最大环拉应里的6%计算。

　　考虑以上两项因素改变后，最大裂缝宽度计算结果增大以Sn=45m为例，壁厚380mm，环拉应力Mp=2405*1.06=2549.3KN/M

　　按图纸配筋￠25@115mm*3As=12806m2

　　pte=12806/3800000=0.0337

　　保护层厚度C=30mm

　　其余参数按原设计，则裂缝宽度计算值的

　　δsk=2549.3*103/12806=199.1N/mm2

　　ψ=1.1-0.65*2.01/(0.0337*199.1)=0.9053

　　Wmax=2.7*0.9053*199.1/200000*1.9*30+0.08*25/0.0337)=0.283mm

　　为允许最大裂缝宽度的1.415倍

　　(二)构造不合理

　　1、由于受配筋率的控制，结构选型为非预应力结构，则仓壁厚度设计偏小。

　　2、配筋太密影响混凝土钢筋的握裹力。

　　3、钢筋接头方式选用绑扎搭接欠妥

　　4、仓壁内侧保护层45mm偏厚，设计人员可能考虑的是仓壁内侧磨损大，保护层加厚。

　　三、部分预应力结构设计与非预应力结构设计安全性、耐久性与经济性对比

　　假设仓库及仓顶以上荷载、工艺条件、地震荷载、风荷载与原设计参数相同

　　储料锥体重心

　　Hn/dn=44/22.5=1.956>1.5

　　按深仓计算<总则1.0.3.1>储料锥体高计算:

　　h1=(1/2)*22.5*tg30=6.495m

　　锥体重心计算:

　　H2=(1/3)*h1=2.165m

　　储料计算高度hn=61.8-14.166-6.495+2.165=43.315取44

　　储料荷载分项系数1.3钢筋弹性模量ES=2.0*105

　　水平压力修正系数分：hn/3=44/3=14.6

　　S=14.6以下为Ch=214.6以上每米减1/14

　　1、 水平拉力与承载力配筋计算

　　水平拉力Ph=Ch*r*Ρ*(1-e-uks/p)/μ

　　s处环向拉力T=PH*D/2

　　环拉力设计值-1.3T

　　温度应力标准值TW=0.06T

　　温度力设计值1.2TW

　　承载力极限钢筋面积=(1.3T+1.2TW)*1000/300

　　接承载力配筋计算表

　　标高 SN 1-e-μks/p Ph(kn/m2) T(KN) 1.3T 1.2TW As(mm2/m)

　　50 8 0.24 50.44 567.45 737.69 40.86 2599.17

　　44 14 0.382 101.36 1140.3 1482.39 82.10 5214.97

　　38 20 0.947 134.99 1518.64 1974.23 109.34 6945.23

　　32 26 0.591 160.44 1804.95 2346.44 129.96 8254.67

　　26 32 0.667 181.15 2037.94 2649.32 146.73 9320.17

　　20 38 0.729 197.99 2227.39 2895.61 160.37 10186.6

　　14 44 0.780 221.7 2381.6 3096.08 171.48 10891.87

　　2、 裂缝宽度与抗裂配筋计算

　　裂缝宽度Wmax=acr*ψ*σsk/ES*(1.9C+0.08*deq/pte)

　　acr(构件特征系数)取2.7

　　ψ=1.1-0.65*ftk/pte*σsk

　　deq(钢筋直径标高44m以下取25)

　　储料温度80℃按《筒规》GB50077-2003附件H

　　混凝土设计强度折减系数0.8ftk=2.01*0.8=1.61N/MM2

　　14.166—20.166抗拉配筋及截面计算

　　初设壁厚450mm，环筋Φ25，三排布置@90A0=490.9QU取491

　　Wmax=acr*ψ*σsk/Es*(1.9C+0.08*deq/pte)

　　Acr=2.7ftk=1.61

　　ψ=1.1-0.65*ftk/pte*σsk

　　pte=AS/ATEPTE=16365/45*104=0.03637

　　As=(1000/90)*491*3=16365.03mm2

　　Ate=450*1000=4.5*104

　　S44处纵向受拉钢筋应力σsk=NK/AS

　　N44=TS+Tws=2381.6*(1+0.06)=2524.5

　　钢筋的弹性模量Es=2.0*105保护层C=30deg=25

　　ψ=1.1-0.65*1.61/(0.0364*154.26)=0.91

　　Wmax=2.7*0.91*154.26/(2.0*105)*(1.9*30+0.08*25/0.0364)=0.21

　　Wmax>0.2不符合要求调整设计(从配筋率着手)

　　钢筋间距改为85mm壁厚调整为400

　　则ATE=400*103mm2As=1000/85*490*3=17329.41mm2

　　Ptk=17329.41/400000=0.0433

　　σsk=2524.5*103/17329.41=145.68N/mm2

　　ψ=1.1-0.65*1.61/(0.0433*145.68)=0.91

　　Wmax=2.7*0.91*145.68/(2.0*105)*(1.9*30+0.08*25/0.0433)=0.176

　　符合要求

　　20.166—26.166环筋Φ25三排布置@90

　　Ate=400*103mm2As=1000/90*491*3=16366.7mm2

　　σsk=2361.0*103/16366.7=144.26N/mm2

　　Ptk=16366.7/400000=0.0409

　　ψ=1.1-0.65*1.61/(0.0409*144.26)=0.92

　　WMAX=2.7*0.92*144.26/(2.0*105)*(1.9*30+0.08*25/0.0409)=0.19

　　26.166—32.166环筋Φ25三排布置@110

　　ATE=400*103mm2As=1000/110*491*3*3=13391mm2

　　Ρtk=13391/400000=0.0335

　　Nk=1804.95*1.06=1913.25KN

　　σsk=1913.25*103/13391=142.88 N/mm2

　　ψ=1.1-0.65*1.61/(0.0335*142.88)=0.88

　　WMAX=2.7*0.88*142.88/(2.0*105)*(1.9*30+0.08*25/0.0335)=0.196

　　38.166—44.166环筋Φ25三排布置@120

　　ATE=400*103mm2As=1000/120*491*3=12275mm2

　　Рtk=12275/400000=0.031

　　Nk=1518.64*1.06=1609.78KN

　　σsk=1609.78*103/12275=131.14N/mm2

　　ψ=1.1-0.65*1.61/(0.031*131.14)=0.84

　　Wmax=2.7*0.88*131.14/(2.0*105)*(1.9*30+0.08*25/0.031)=0.18

　　符合要求

　　44.166—50.166环筋两排布置@100

　　Ate=400*103mm2As=1000/100*491*2=9820mm2

　　Ρtk=9820/400000=0.025

　　Nk=1140*1.06=1208.4KN

　　σsk=1208.4*103/9820=123.05N/mm2

　　ψ=1.1-0.65*1.61/(0.025*123.05)=0.76

　　Wmax=2.7*0.76*123.05/(2.0*105)*(1.9*30+0.08*25/0.025)=0.17

　　50.166—53.166 Φ25两排Φ25两排@150

　　53.166—56.166Φ22两排@150均满足WMAX<0.2的要求

　　56.166—61.81Φ20两排@200

　　构造规定

　　1、 钢筋接头必须采用焊接或机械搭接，同一截面接头不得超过F0%钢筋截面。接头错水平位置大于接头长度1.3倍。

　　2、 仓壁在环向每隔2—4米设置一个两侧平行的焊接骨架。

　　3、 仓壁内侧做2.5cm—3cm厚的耐磨层，从标高55m至库底板及漏斗满做.

　　4、 标高44.166m以下三排钢筋设水平横向钢筋每隔一根竖向钢筋设一道可代替内外层钢筋之间的拉钩连接钢筋

　　5、 通过计算对比，笔者认为对于直径20米以上的深仓设计应采用预应力或部分预应混凝土结构才能保证结构的安全性和耐久性，同时也是经济的。并建议在筒仓规范修改时将〈〈钢筋混凝土筒仓设计规范〉〉(GB50077-2003)的3.3.10条改为强制性条文。

　　参考文献

　　[1]〈〈钢筋混凝土筒仓设计规范〉〉(GB50077-2003)

　　[2]《无粘结预应力混凝土结构基础规范》(JGJ92-2004)

《水泥生产线生料均化库仓壁结构设计安全性与合理性探讨》

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文章名称： 水泥生产线生料均化库仓壁结构设计安全性与合理性探讨

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