水电站混凝土生产系统大容量钢制骨料罐设计.pdf

第 4 2卷 第 1 6期 2 0 1 1年 8月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 ． 42， No． 1 6 Aug ．， 2 01 1 文章编号 ： 1 0 0 1 — 4 1 7 9 ( 2 0 1 1 ) 1 6— 0 0 4 4—0 4 水电站混凝土生产系统大容量钢制骨料罐设计 易 晶 萍 ( 长江勘测规划设计 研究有限责任公 司 施工设计处 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 水 电站 混凝 土生产 系统 中， 其用于砂 石料存储 、 转运和调节的钢制骨料罐和砂罐 的设计通 常参 考《 粮食 钢板 筒仓设计规 范》 ( G B 5 0 3 2 2—2 0 0 1 ) 。由于规 范存在 的局 限性 ， 其计 算结 果与 实际结果存 在差距 。针 对这 一 问题 。 结合 向 家坝水 电站 3 0 0 m 高程 混凝土 系统 骨料 罐的设计 ， 详细介 绍 了落地钢 筒仓在静 态充料或动 态 卸料 工况下仓壁的强度和稳 定性计 算、 仓壁 的连接 计算、 仓顶计 算等 内容 。从 实际运行 结果看 ， 所提 出的计 算 假定。 既能满足安全运行， 又能简化计算过程， 具有较好参考价值。 关 键 词 ： 钢筒仓 ； 散 料压力 ； 仓 壁 ； 稳定 ；连接 ； 计 算 中图法分类号 ： T V 4 2 ． 2 文献标志码 ： A 在水 电站 混凝 土 生 产 系 统 中 ， 现 场 需要 设 置 大规 模 的骨料 及砂 的仓 储 设 施 。与 传 统 的 露 天堆 场 相 比 ， 筒仓具有储藏量大 、 占地面积小 、 物料浪费少等诸多优 点。随着水利水电工程施工技术的不断发展 ， 落地钢 筒仓越来越广泛地应用于混凝土骨料及砂的储存和运 输中。向家坝水电站 3 0 0 m高程混凝土系统设置粗骨 料罐 8个 ， 总容积 2 ． 2 4万 m’ ( 单罐直径 1 6 m， 高度 1 5 m， 容 积 0 ． 2 8万 m ) ； 砂 罐 6个 ， 总容积 1 ． 0 8万 m ( 单 罐直径 1 2 m， 高度 1 8 ． 9 2 m， 容积 0 ． 1 8万 m ) 。 落地钢筒仓充填物料时， 物料流动 比较缓慢 ， 当物 料堆置达设计最大高度时， 停止进料 ， 骨料处于稳定状 态 ， 此时筒仓承受静态荷载。落地钢筒仓 出料通过布 置 于其底 面 的一 条或 多条 胶带 机廊 道来 实 现 。廊道 顶 板在 钢筒 仓 范 围内设 有 多 个 卸 料 孔 ， 各 卸 料 孔 可 根 据 需要开启或关 闭。廊道卸料孔开启卸料时 ， 骨料失去 稳定而流动 ， 形成 以卸料孔为锥 顶的“ 漏斗” 。由于骨 料及砂的 自卸角一般 大于其 自然休止角 ， 故 自卸形成 的“ 漏斗” 斗壁难 以长时间维持稳定 ， 往往 出现突然塌 方现象 ， 此时筒仓承受卸料动态荷载 ， 并且是不对称的 动 态荷 载 。 在钢筒仓结构设计中， 主要参考 2 0 0 1年我国颁布 的《 粮食 钢板筒仓设 计规范》( G B 5 0 3 2 2—2 0 0 1 ) 。本 文具 体介 绍 了 向 家 坝水 电 站 工 程 骨 料 罐 及 砂 罐 的 设 计 ， 可供其他工程参考与借鉴。 1 结构布置 落地钢筒仓结构 由上至下可分为仓上建筑、 仓顶 、 仓壁及基础 。落地钢筒仓出料通过布置于其底面的一 条或多条胶带机廊道实现。向家坝水电站 3 0 0 m高程 混凝土系统采用布置于罐群顶 的两条进 料胶带机为 “ 一 ” 字形布置的 8个粗骨料 罐充填骨料。粗骨料罐 卸料通过布置于罐群底面的两条胶带机廊道。其栈桥 结构的梁 、 柱单独布置。顺进料胶带机的轴线方 向， 各 粗骨料罐仓顶均需要 留出一个条 形孔 口， 用于进料。 因此 ， 仓顶 设计 为空 间杆 系结 构 ， 粗 骨料 罐仓 壁 为钢 薄 板 结构 。粗 骨料 罐基 础 为钢筋 混凝 土环 梁结 构 。 2 结构 计算 2 ． 1 设计数据 人工骨料按小石( 粒径 5～ 2 0 m m) 、 中石( 粒径 2 0 ～ 4 0 m m) 、 大石 ( 粒 径 4 0～8 0 m m) 、 特 大石 ( 粒 径 8 0 ～ 1 5 0 mm) 分 四级储 存 ， 每级骨料储 存于 2个罐 中。 骨料 容重 =1 6 ． 5 k N ／ m ， 荷载 分项 系数 1 ． 3 ； 自然休 止角 =3 5 。 ； 骨料侧压力系数 k=t a n ( 4 5 。 一 ／ 2 )= 收稿 日期 ： 2 0 1 1— 0 6～ 2 8 作 者简介 ： 易晶萍 ， 女 ， 高级工程 师， 主要从事 水电工程 施工组织设计工作 。E— ma i l ： l i u y i p i n g 1 6 3 5 2 1 @y a h o o ． c o m ． e n 第 1 6期 易晶萍， 等 ： 水电站混凝土生产系统大容量钢制骨料罐设计 4 5 0 ． 2 7 1 ； 仓 内骨 料 计算 高 度 根 据进 料 方 式 ， 按 骨料 顶 面 为水 平面 ， 且 高 度 与 仓 壁 顶 面 齐 平 考 虑 ； 骨 料 罐 内径 d = 1 6 m。 2 ． 2 几何 尺寸 骨料罐几何尺寸见图 1 。 I． 2 Q Q Q ． L — — — 如 on —— _ J L A ( a ) 骨料 罐立面布置 图 1 骨料罐几何尺寸 《 单位 ： 高程 r f l 。 尺 寸 m m) 2 ． 3 仓顶设计 仓顶设计不计钢板的蒙皮作用 。由斜梁 、 “ n” 形 刚桁 架及下 部 环梁 ( 仓 壁 顶 端 的 锁 口梁 ) 组 成 ， 其 中 ， 斜梁按简支梁计算。支座反力分别由“ Ⅱ” 形刚桁架及 锁 口梁承担 。仓顶计算简图见图 2 。 2 ． 3 ． 1 荷 载 ( 1 )仓 顶蒙 皮钢 板 自重： 6 m m 厚钢 板重 g l= 7 8 ． 50 ． 0 0 6 ／ 0 ． 9 9 5 = 0 ． 4 7 k N ／ m ( 其 中 c 0 s = 0 ． 9 9 5， t a n t~ = 0 ． 1 ) 。 瑚 m I 口= ] = q = 4 ． 2 3 k N ／ m[[[[[[ I ] 5 9 1 9 — 5 1 ：! ’ = = = 。 q = O 6 6 k N ／ m ’ 0 6 6 k N ／ m q = O 6 6 k N ／ m ． } q ． 1 ． L 盟2 ． 1． 业 ． I． 塑 ．1 ( c )“F I ”形刚桁桀计算简图 图 2仓 顶 计 算简 图 ( 单 位 ： 尺寸 mm) 钢板 下加 劲肋 重 g 2 =2 5 ％g l=0 ． 1 2 k N ／ m ( 加 劲肋 重量 为钢 板重 量 的 2 5 ％ ) 。 ( 2 )仓顶活荷载 q l=0 ． 5 k N ／ m ( 仓顶不上人) 。 ( 3 )仓顶积灰荷载 q 2=0 ． 5 k N ／ m 。 ( 4 )斜梁 自重 g 3=0 ． 3 6 k N ／ m( 焊接“ 工”字形 梁 ， 高 H =1 9 6 mm， 宽 B =1 6 0 mm) 。 ( 5 ) “ H”形 刚桁 架 自重 g 4 =0 ． 5 4 8 k N ／ m， ( 2个 [ 2 5 a槽 钢组 合成 “ 口”字 形梁 ， 水平 段 ) 。 g 5 =0 ． 5 5 1 k N ／ m， ( 2 个 [ 2 5 a槽 钢组合 成 “ 口” 字 形梁 ， 斜段 ) 。 2 ． 3 ． 2 斜 梁验算 作用于斜梁 的荷载设计值 q= 1 ． 2 g+1 ． 4 q = 1 ． 2[ ( g l+g 2 )1 ． 8+ g 3 ]+1 ． 4 ( q l+q 2 )1 ． 8=4 ． 2 3 k N ／ m △ g=1 ． 2[ ( g 1+ g 2 )4 ． 5 ]+1 ． 4 ( g 1+q 2 ) 4． 5 = 9． 4 9 k N／ m 斜梁强度验算 = 1 4 9 ． 3 N ／ m m < [ o r ]=2 1 5 N ／ m m ， 满足要求。 斜梁的挠度f=2 3 mm ：L ／ 2 6 0< [ f 3=L ／ 2 5 0， 4 6 人 民 长 江 满 足要求 。 2 ． 3 ． 3 “ Ⅱ” 形刚桁 架验算 作用于“ Ⅱ” 形刚桁架的荷载设计值 q = 1 ． 2 g = 1 ． 2 9 4 = 1 ． 2 0 ． 5 48 = 0 ． 6 58 k N／ m △ q=1 ． 2[ ( g l+g 2 ) 4 ． 5 ]+1 ． 4 ( q l+q 2 )X 4． 5 = 9． 49 kN／m 对“ n” 形刚桁架进行计算得 ： M =1 8 ． 4 k N ／ m( 跨 中弯距) ， 支座处内力 ： Q=1 8 ． 8 k N， N =一4 ． 8 k N( 压 力 ) 。 传到锁 口梁的水平力 F =N c o s a+Q s i n ~=6 ． 7 k N(t a n u =0 ． 1 ) ， 2 F =1 3 ． 4 k N， 实取 2 F =1 5 k N。 力标准值乘以动态压力修正系数 。 表 1仓壁水平压力 2 ． 3 ． 4 仓壁顶锁 口梁验 算 仓壁顶锁口梁承受由斜梁及“ H，， 形刚桁架传来的 2 4 2 仓壁在 竖向荷 载作 用下的稳定计算 水平荷载 ， 按“ O’ ’ 形刚架计算 ， 计算简图见 图 3 。 ( 1 )在竖向轴压力作用下 ， 仓壁的临界应力 ： 图 3仓 壁 顶 锁 口 梁 计 算 简 图 锁 口梁 由 2个 [ 2 5 a槽钢组合成“ 工 ” 字形梁 。锁 口梁计 算不 考虑与其 相连 的仓壁共 同作用 ， 斜梁 及 “ ． Ⅱ” 形刚桁架传给锁 口梁 的竖 向力 ， 由锁 口梁均匀传 给 下部 的仓 壁 。锁 口梁 的 内力 按 《 建 筑 结构 静 力 计 算 手册》 中的公式计算得到 ， 结果表明其满足强度要求 。 2． 4 仓 壁 设 计 2 ． 4 ． 1 骨料 荷载 钢板筒仓按储料的计算高度 h 与筒仓内径 d 的 比值划分 为深仓与浅 仓 ， 当 ／ d ≥ 1 ． 5时为深仓 ， h ／ d < 1 ． 5时 为浅仓 。 向家坝骨料罐 h =1 5 ． 0 8 m， d =1 6 m， 属浅仓 。 由于骨料计算高度大于 1 5 IT I ， 且仓 内径大于 1 0 m，根 据《 粮食钢板筒仓设计规范》 中 3 ． 2 ． 4条 的规定 ， 骨料 的水平压力按 浅仓和深仓 两种情况计算 ， 见表 1 。二 者计算结果取大值 ， 同时还应考虑储料摩擦荷载 ， 以保 证 仓 壁 的安全 可靠 。 浅仓和深仓在储料压力标准值计算上 的区别为 ： 深 仓 卸料 时 ， 需 考 虑储 料 的动态 压力 ， 具体 以其静 态压 ( 1 ) ) 吾 ： 8 0 ． 0 6 7 1 ； 钢 材 的弹性 模量 E =2 ． 0 61 0 N ／ mm ； 仓壁 计算厚度 t=8 mm； 筒仓半径 R=8 m， 得 =1 3 ． 8 2 N／ mm 。 ( 2 )仓壁的竖向压力设计值 。 仓 顶传 给仓 壁 的竖 向力设 计值 ： q d ：( 1 ． 2 g + 1 ． 4 q ) 杀 =1 ． 0 5 N ／ m m 。 骨 料作 用 于仓壁 单 位 周 长 上 的 总摩 擦 力 标 准 值 ： p =p ( y S—P )=p ( T S一 )=2 1 2 ． 7 2 k N ／ m ， 其 中， 为骨料容重， K为侧压力系数。 总 摩 擦 力 设 计 值 ：q f = 1 ． 3 C ， q = 3 0 4 ． 1 9 k N ／ m 。其 中 ， 动 态摩 擦压 力修 正 系数 C = 1 ． 1 。 仓 壁 自重 设计值 ： g=1 ． 2 q =1 3 4 9 k N ／ m 。因 此 ， =q d+g ，+g =2 ． 7 1 N ／ ram < o r = 1 3 ． 8 2 N ／ m m ， 仓壁稳定满足要求。 2 ． 4 ． 3 仓壁强度计算 ( 1 )骨料作 用 于仓 壁上 的水平 压力 P 。 钢仓壁 净高 h=1 4 ． 3 2 m， 验算 钢仓 壁底 面 的最 大 应力 ， 由表 1 得仓壁水平压力 P =1 2 9 ． 0 l k N ／ m 。 ( 2 )在水平压力作用下 ， 仓壁环 向拉应力设 计值 ： ： l 2 9 0l 0 k N／ m 。 ( 3 )在竖 向压力作 用下 ， 仓壁竖 向压应力设 计值 o r = 2． 71 N／ mm 。 ( 4 )在水 平压 力 及 竖 向压 力 共 同作 用 下 ， 仓 壁 折 一R 一 = = 。 l一 一 R = 中 式 第 1 6期 易晶萍 ， 等 ： 水电站混凝 土生产系统大容量钢制骨料罐设计 4 7 算应力设计值： 盯 ： =J O " + ： 一 =1 3 0 ． 3 9 N ／ mm [ 门 =2 1 5 N ／ mm ， 超 出允许值 ， 不满足要求。但根据骨料罐 的使用时间约 为 5 a ， 为临时建筑物 ， 按 《 建筑结构可靠度设计统 一 标准》 ( G B 5 0 0 6 8—2 0 0 1 ) ， 取结构重要性系数 =0 ． 9 ， 财有 ：O " t≤= = ~2 3 8 ． 5 N ／ ra m ， 满足要求。因此 ， 不需加大加劲肋 。 图 5仓壁水平加劲环计算断面 ( 单位 ： m m) 结 语 仓壁在轴压和几何缺 陷影响下极 易发生屈 曲破 坏， 圆柱 薄壳 的实际承载力 往往 只有经典理论 值 的 3 0 ％。屈服通常首先发生在局部弯曲区域 ， 包括接 近 边 界 支承 、 壳厚 变化 、 环 向加劲 肋及 局部 缺 陷处 。局部 屈 服 会 加 速 壳 体 的屈 服 破 坏 ， 这 类 破 坏 模 式 常 称 为 “ 象 脚 ” 破 坏 。在 上 述 仓 壁 上 下 两 个 相 邻 标 准 节 之 间 的连接计算中， 虽采用 了一些假定 ， 如将作用于罐内的 不平衡骨料压力作为外力 ， 骨料压力 作用范 围假定为 矩形等 ， 但从已完建 的骨料罐运行情况看 ， 上述计算假 定 、 计算模式接近实际情况 ， 可以保证骨料罐的安全平 稳 运行 。 ( 编 辑 ： 郑 毅 ) ( 下转第 7 2页 ) 『 。 ． 辑 求 型 要 足 满 个 ： 一 ： M 一 用 一 黜 ， √实 。 亟两 昔鲁 盟 。 。 ～ 7 2 人 民 长 江 2 O 1 1年 上 ， 先 要依 据建 筑 物重要 性 确定建 筑 物等 级 ， 然后 依据 建筑 物 等级确 定其 设计 洪 水标 准 。 4 结论与建议 ( 1 )一次拦断河床的围堰导流方式 ， 导流阶段可 划分 为初 期 导流 、 中期 导 流 和 后期 导 流 3个 阶段 。对 于特 殊 情况 下 的高 坝大 库 ， 为控 制 施 工 期 蓄 水 上 升水 位或封堵闸门水头 ， 个别 导流泄水建筑物 ( 如坝身导 流底孔 ) 在后期导流阶段过程 中下闸。 ( 2 )对于特大型梯级水利水 电枢纽 ， 临时度汛设 计洪水标准相较围堰挡水标准提高较多 ， 且在某个时 间点大幅提高 ， 不利于坝体施工进度安排和均衡施工。 为缓解上述矛盾 ， 可研究采用下列措施 ： ① 适 当抬高 围堰 挡水 设计 洪 水 标 准 。② 利 用 上 游 梯 级 水 库 的调 蓄作用 ， 适 当降低坝体临时度汛设计洪水流量值。③ 优化导流时段划分 ， 适当延长枯水期 ， 缩短汛期 ， 延长 坝体施工时间。 ( 3 )导流泄水建筑物设计洪水标准应与同一导流 时段 上游 挡 水建 筑 物 ( 围堰 或 坝 体 ) 设 计 洪水 标 准 一 致 。对 于超泄 能力 较强 的开 敞式结 构 ( 如 导流 明渠 ) ， 其导流设计洪水标准可适当降低 。 以上结论 ， 可为将来相关施工导流规范修编时参 考 。 参 考文 献 ： [ 1 ] 中华人 民共 和国水利部． 国家发展与改革委 员会 中华人 民共和 国 水利部． D L ／ T 5 3 9 7—2 0 0 7水 电工程施 工组 织设 计规 范 [ S] ． 北 京 ： 中 国 电 力 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 2] 中华人民共和国水利部． S L 3 0 3— 2 0 0 4水利 水电工程施 工组织设 计规范[ s ] ， 上 海： 上 海书店 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 长江勘测规 划设计研 究院 ， 长 江水利委 员会 网信 中心． 国内外大 型水 电工程导截流标准 实例 选编[ R] ． 武汉 ： 长江勘 测规划设 计 研究院 ， 长江水利委 员会网信 中心 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 全 国水利 水 电施 工技 术信 息 网． 水利 水 电工程 施 工手 册 ( 第 5 卷 ) ： 施工导 ( 截 ) 流 与度 汛 工程 [ R] ． 北 京： 中 国 电力 出版 社 ， 2 0 0 5． ( 编辑 ： 喻 伟) Di s c us s i o n o n d e s i g n flo o d s t a nda r d o f d a m flo o d pr o t e c t i o n a nd flo o d d i v e r s i o n s t r uc t ur e XU T a n g j i n，L I He n g，MA Y o n g f e n g ( C o n s t r u c t i o n a n d D e s i g n D e p a r t m e n t ， C h a n g j i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y ， P l a n n i n g ， D e s i g n a n d R e s e a r c h ，W u h a n 4 3 0 0 1 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t： I n o r de r t o f u ahe r s t u d y t h e pr o bl e m o f d e s i g n flo o d s t an d a r d o f d a m flo o d p r o t e c t i o n a n d flo o d d i v e r s i o n s t r uc t ur e， o n t h e ba s i s o f t h e c o l l e c t i o n o f t he d e s i g n flo o d s t a n da r d o f t h e l a r g e c a s c a d e hy dr o p o we r s t a t i o ns i n b ui l t a n d u nd e r c o ns t r uc t i o n a n d flo o d di v e r s i on s t ru c t u r e，a nd t he i r o p e r a t i on c o nd i t i o ns ，we a na l y z e d t h e i n flue nt i a l f a c t o r s f o r d es i g n flo o d s t a n da r d s e l e c t i o n o f da m flo od p r o t e c t i o n a nd d i v e r s i o n s t ru c t u r e，an d t he n p r o po s e d t h e r a t i o na l s e l e c t i o n pr i nc i p l e ．Ac c o r di ng t o t h e e x i s t e d pr o b— l e ms i n t he d e s i g n c o d e，t h e r e l a t e d pr o bl e ms we r e d i s c us s e d a nd s e ve r a l s ug g e s t i o ns o n t h e r e v i s i o n o f de s i g n c o d e we r e p r e s e n t e d a s we l 1 ． Ke y wo r ds：d am flo o d pr o t e c t i on；flo o d d i v e r s i o n s t r uc t u r e；flo o d s t a n da r d；r e v i s i on o f d e s i gn c o d e ( 上接第 4 7页) De s i g n o f bu l k s t o r a g e s t e e l a g g r e g a t e s i l o o f c o nc r e t e pr o d uc t i o n s y s t e m i n h y d r o p o we r p r o j e c t YI J i n g p i n g ( C o n s t r u c t i o n a n d D e s i g n D e p a r t m e n t ， C h a n g j i a n g I n s t i t u t e of S u rv e y ， P l a n n i n g， D e s i g n a n d R e s e a r c h ，W u h a n 4 3 0 0 1 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e s t e e l a g g r e g a t e s i l o i n c o n c r e t e p r o d u c t i o n s y s t e m wh i c h i s u s e d for s t o r a g e ，t r a n s p o r t a t i o n a n d a d j u s t me n t ，U S U — a l l y r e f e r s t h e d e s i g n c o d e o f g r a n a r y s i l o( G B 5 0 3 2 2— 2 0 0 1 ) ．A s t h e l i m i t a t i o n o f t h e c o d e ，i t s c a l c u l a t i o n r e s u l t s d o e s n o t c o n — fi r m we l l wi t h t h e p r a c t i c a l r e s u l t s ．Ai mi n g a t t h i s p r o b l e m，c o mb i n i n g w i t h a g g r e g a t e s i l o o f Xi a n g j i a b a Hy d r o p o we r S t a t i o n，w e p r e s e n t t h e de s i g n c o nt e n t s u c h a s s t r e ng t h a nd s t a b i l i t y c a l c ul a t i o n，s i l o wa l l c o nn e c t i o n c a l c u l a t i o n a nd s i l o t o p c a l c u l a t i o n o f s i 一 1 o wa l l u n de r s t a t i c l o a di n g o r d y n a mi c u n l o a d i ng ．Fr o m t he o pe r a t i o n po i n t o f v i e w，t h e pr o po s e d c a l c ul a t i o n a s s umpt i o n s a t i s f i e d t h e s a f e o p e r a t i o n a nd s i mpl i f i e d t he c a l c u l a t i o n p r o c e s s ，wh i c h wa s a v a l u a b l e r e f e r e n c e ． Ke y wo r ds： s t e e l s i l o；pr e s s ur e o f bu l k ma t e r i a l s ；s i l o wa l l ；s t a b i l i t y；c o nn e c t i o n；c a l c ul a t i o n