大直径预应力混凝土筒仓结构性能测试与分析研究.pdf

江苏建筑 2 0 1 0年第 3期 ( 总第 1 3 4期 ) 5 5 大直径预应力混凝土筒仓结构性能测试与分析研究 栾 文彬 周 先 财 ( 江 苏新 筑预 应 力工程 有 限公 司 ， 江苏南 京2 1 0 0 1 7 ) 摘 要 通过对某一电厂贮煤筒仓结构在不同工况下的性能进行跟踪测试， 将测试结果与设计计算结果、 有限元分析结 果 进 行 比较 分 析 ， 探 讨 了筒仓 结 构 在 贮料 荷 载及 预 应 力共 同作 用 下 的 受 力状 态 ， 检 测其 在 设 计 荷 载 下 的 安全 性 能 。 关键 词 预应力； 大直径混凝土筒仓； 测试； 有限元分析 中图分类 号 T U 3 7 8 9 9 【 文献 标识码 B 文章 1 0 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 5 5 0 3 t Te s t i n g a nd An a l y s i s o f La r g e Di a me t e r Pr e s t r e s s e d Co nc r e t e S i l o S t r uc t ur e LUAN W e n bi n ZHOU Xi a n -e a i ( J i a n g s u X i n z h u P r e s t r e s s e d E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 1 7 C h i n a ) Ab s t r a c t： I t h a s t e s t e d t he pe rfo r ma n c e o f a p o we r pl a n t c o a l s t o r a g e s i l o S s t r uc t u r e un d e r d i f f e r e nt c o n d i 一 t i o n s ，Th i s pa p e r c o mp a r e s t h e t e s t r e s u l t s ，d e s i g n r e s u l t s a n d fini t e e l e me n t a n a l y s i s ，d i s c u s s e d s t r e s s s t a t e o f t he s i l o s t ru c t u r e u n de r t he p r e s t r e s s e d l o a d a n d t h e s t o r e d ma t e r i a l l o a d， d e t e c t i o n o f s i l o s t ruc t u r e un d e r d e s i g n l o a d s a f e t y Ke y wo r d s：pr e s t r e s s ；l a r g e d i a me t e r c o n c r e t e s i l o；t e s t ；fin i t e a n a l y s i s 0前 言 用来贮存各类散装物料 的筒仓结构正 向大直径 、大容 量的方向发展 以适应社会发展 的需要 并能降低建 设成本 ， 节约土地 资源 。问题是大 吨位 的储料荷载对筒仓结构 的性 能要求也 不断提升 目前无论是从经济的角度还是技术 因 素 预应力技术无疑是最佳的选择。 我们需要清楚 的是在建 造 、 使 用 的 不 同 阶段 、 不 同 工 况 下 ， 简 仓 结 构 在贮 料 荷 载 及 预应力共 同作用下 的实 际受力状态 ，以检测大直径预应力 混凝 土筒仓结构在设计荷载下 的安全性 ，并为优化设计提 供重要的参考 。 l 工 程 概 况 该电厂共 2座贮煤筒仓 ，每座煤仓 的容量约 3万 t ， 直 径 3 9 5 m。 高 4 3 5 m， 设计采 用预应力混凝 土结构 。煤仓结 构 剖 面 图 如 图 1所 示 。 2检 测 内容 2 1 应 力 测试 ! 堑 ! ： 图 1煤 仓 剖 面 图 简仓应力主要测试仓壁 、环锥及斗壁 的环 向与竖 向应 力 。 筒仓应力检测的阶段包括 ：筒仓施工完毕后 的应力 ( 在预应力施加完成后， 空载状态)； 1 4贮料荷载时的应 力( 装煤 O 7 5万 t ) ； 1 ， 2贮料荷载时的应力( 装煤 1 5万 t ) ； 3 4贮料荷载时的应力( 装煤 2 - 2 5万 t ) ； ( 装满煤后的应 力 f 装 煤 约 3万 t ) 。 2 2 预 应 力 损 失 检 测 沿仓壁间隔选取共 1 2束环 向无粘结预应力钢绞线 ， 检 测张拉前后 的预应力损失取值 ；沿斗壁间隔选取共 8束环 向和竖 向无粘结预应力钢绞线 ，检测张拉前后 的预应力损 失取值 。 2 - 3 裂 缝 观 测 观 察 筒 仓 结 构 在 各 阶段 荷 载 作 用 下 裂 缝 的 开 展 情 况 ， 包 括 裂 缝 的宽 度 、 位 置 和数 目。 3测试 结 果 3 1 筒仓应力检测 3 1 1 张 拉 后 混 凝 土 应 力 张拉工作分为两次完成 ，仓壁 外侧混凝 土环 向应力沿 高度方 向变化情况如图 2所示。 从图 2可以看 出， 在仓壁环 向预应力筋张拉完成后 ，在仓壁底部和顶部 的混凝 土预压 应力较小 。 在仓壁中部预压应力较大 。 出现这个结果的主要 【 收稿日 2 0 1 0 - 0 4 - 0 6 【 作者简介】 栾 文 彬 ， 江 苏 新 筑 预 应 力 工 程 有 限 公 司 ， 高 级 工 程 师 。 、 ： 一 一 一 一 l 、 、 戤 一 一 一 1 - I 一 呲 一 一 一 H 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 江苏建筑 2 0 1 0年第 3 期 ( 总第 1 3 4期 ) 原因是在仓壁底部 和顶部分 别受到基础和顶部盖板较强的 约束作用 ， 预应力筋张拉时 ， 大部分预压应力被基础和顶板 吸 收 。 造成 仓 壁 混 凝土 中建 立 的 预压 应 力 较 小 。 张托 预应力对仓壁竖 向混凝 土应力 拉应力最 大值 为 2 0 M P a ， 小于 C 4 0混凝土的抗拉强度 2 3 9 MP a ) 。 这一结 果也说明预应力筋的配置较为合理 ，预应力 张拉 引起 的仓 壁竖向弯矩较小 ， 没有导致仓壁底部水平裂缝的产生 。 标高 m 图 2 预 应 力 张拉 后 仓 壁 外 侧 混凝 土 环 向 应 力 3 1 2 装煤后混凝土应力 装煤后 ，仓壁外侧混凝土环向应力沿高度方 向变化情 况见图 3所示。由图 3 可知 ， 随着装煤的不断进行 ， 在贮 料 水 平荷 载 作 用 下 ，仓 壁 混凝 土 的 预压 应 力 出现 了明 显 的 减 少。 仓 壁绝大部分区域的混凝土依然处在受压状态 ， 只在底 部区域出现受拉 区， 但是拉力值在允许范围内。 3 2 预 应 力 损 失 检测 结 果 通过对张拉端和锚同端对应的预应力 的检测 结合公 式( 1 )并假定 k取 0 0 0 4 ，最终求 得斗壁 的平 均值为 0 0 6 ， 仓壁 的平均值 为 0 0 8 ， 均在 无粘结预应力混凝土 结构技术规程) ( J G J 9 2 2 0 0 4 ) 的允许范 围内。 表 1 给出了预 应 力 损 失 测试 中相 关数 据 。 l ( 1 一 e ) ( 1 ) 3 _ 3 裂 缝 观 测结 果 在预应力张拉及贮料加载过程中， 均未观测到裂缝。 4有 限元 分 析 通过各受力阶段的有 限元分析，与 已有的测试结果进 表 1 预 应 力损 失 测试 表 是 一 R 翅 刊 繇 氍 标高 in 图 3仓壁 外 侧 混凝 环 向应 力 量 一R氆州耀赠 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 3期( 总第 1 3 4期) 5 7 行 比较 ，对煤仓结构在设计荷载下的安全性能进行 全面的 评估 。 4 1 模 型 的建 立 煤仓结构仓壁 、斗壁主要承受贮料的侧向压力且仓 内 结 构和斗壁均为对称布置 ， 根据结构 和荷载 的对称性 ， 取结 构 的 1 4部分 进行 计算 ， 在其两侧边 加上约束 以消除切向 位移 。 考虑到斗壁不是主要受力构件 建模时我们对环形锥 进行 了简化处理 。 设置单元刚臂 ， 弥补 了南于单元的选择可 能 造 成 的结 构 刚 度 的 减 小 。 4 2 荷载 的施加 4 2 1 预 应 力 效 应 预应力效应的模拟采用降温法实现。 同时 ， 考虑到预应 力值 冈预应力筋与混凝土的共同变形而造成的损失 ，对各 单元 的降温值进行了修正 。 4 2 2贮煤荷载 在仓壁 内表面施加贮料荷载 ，分析满仓装煤时的煤仓 受 力 情 况 。 荷 载 采 用 钢 筋 混 凝 土 筒 仓 设 计 规 范 ( G B 5 0 0 7 7 2 0 0 3 ) 第 4 2 6条规 定 ， 仓壁 单位面 积上 的水 平 压 力 P h ( k P a ) 为 ： P h = k y s ( 2 ) 其 中 k为侧 压力系数 ， k = t a n 。( 4 5 。 一 p 2 ) ， p 为 料 的内 摩擦角 为贮料的重力密度。 作用在斗壁单位面积上的法向压力 P o ( k P a ) 为： ( 3 ) 其 中 = c o s 0 【 “s i n ， 为斗壁倾 角 ， P ,- 3 s ， 为 料顶面 或 料锥体重心 以下距离 s f m ) 处单位面积上的竖向压力 。 4 2 _ 3结 果 对 比 有 限 元 分 析 时 ， 混 凝 土 环 向应 力 分 布 如 图 4所 示 。 在 张 托结束 时 大部分区域的混凝 土都 处在 受压状态 。 少数 区域 出现很小 的拉应力 ， 明显 看出 ， 这些区域几乎都是没有布置 环向预应力钢束 的筒底等部位 。 贮料荷载作 用下 ， 混凝土所 受 压应力有所减少 ， 但是仍 大部分处在受压状态 。 一 坩 。 一 羽 。 一一 L一一一一 一一 一 一 扣)张拉结袭州 f b ，满仓州 图 4仓 壁 混 凝 土 环 向应 力 图 为 了与测试结果进行 比较 ，选取一列单元 ，如图 5所 示 。 由于煤仓结构在贮料荷载下 ，仓壁受到很大 的环 向拉 力 ， 环 向力是控制结 构配筋等的主要 因素 ， 主要考察仓壁和 斗壁混凝土环 向应力 的测试值和有限元的 比较。 由图 6 、 图 7可知 ， 实 际测量 值和有限元计算值 在分布 一 一一 ” 一、 ( b 1满仓目 图 5 某 列 仓 壁 混 凝 土 单 元 环 向 应 力 图 标 高 (m ) 标 高 (口 ) ( a 】 外侧 ( b )内侧 图 6张 拉 结 束 时 仓 壁 混 凝 土 环 向应 力 标 高 (m) 标 高 (m ) ( a )外侧( b )内侧 图 7 满 载 时仓 壁 混 凝 土 环 向 应 力 趋 势 上 较 为 一 致 ，煤 仓结 构 的大 部 分 混 凝 土 中 压 应 力 的 测 量值较有限元 分析 结果偏 大， 结构偏 于安全 。 5结 论 ( 1 ) 通过对 筒仓应力测试研究 发现 ， 预应 力筋张拉时 ， 仓壁 底部 和顶部 分别受 到基础 和顶部 盖板较强 的约束 作 用 ， 大部分预压应力被基础和顶板吸收 ， 造成仓壁混凝土 中 建立的预压应力较小。 ( 2 ) 仓壁预应力筋 的配置较为合理 ， 预应力张拉引起 的 仓壁竖 向弯矩较小 ， 没有导致仓壁底部水平裂缝 的产生 。 ( 3 ) 贮料不 断加 载时 ， 预压应力 明显减少 ， 但仓 壁绝大 部分区域的混凝土依然处在受压状态 ，只在底部 区域出现 受 拉 区 但 是 拉 力 值 在 允 许 范 围内 。 ( 4 )预应力摩擦损失测试表 明斗壁 的平均值为0 O 6 ， 仓壁 L L 的平 均值 为 O 0 8 ， 均 在 无粘结 预应力 混凝 土结构 技术规程 ( J G J 9 2 2 0 0 4 ) 的允许范 围内。 ( 5 ) 在 预 应 力 张 拉 及 贮 料 加 载 过 程 中 ， 均 未 观 测 到 裂 缝 。 ( 6 ) 实际测量值 和有限元计算值 在分布趋 势上较为一 致 。煤仓结构的大部分混凝 土中压应力 的测量值较有限元 分析结果偏大 ， 结构偏于安全 。 J f l ! l 、 、一 目 一 丕 一 三 一 垒一R趟 骥 一日暨。 趟州 骥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m