在國外,針對鋼板倉結(jié)構(gòu)進行了大量的力學(xué)分析研究,主要集中在以下兩個方面, 一個是鋼板倉內(nèi)散料對于鋼板倉內(nèi)壁的壓力形式,另一個是地震對于鋼板倉結(jié)構(gòu)行為的影響。在鋼板倉設(shè)計過程中貯存散料對鋼板倉倉壁的壓力的施加是關(guān)鍵部分,鋼板倉載荷的準確程度直接影響有限元分析結(jié)果的精確度,水泥鋼板倉只有載荷施加的準確,骨料庫的特點是庫頂設(shè)備荷載大才能確保設(shè)計的鋼板倉結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。在鋼板倉使用的最初階段,貯存散料壓力的計算是根據(jù)流體力學(xué)的理論,但隨著對鋼板倉載荷的研究深入,人們意識到在鋼板倉當中貯存的散料(如水泥,粉煤灰,礦粉,砂石骨料,熟料,煤粉和糧食等)的力學(xué)性質(zhì)與液體有很大的區(qū)別,水泥鋼板倉 所以根據(jù)流體力學(xué)理論對鋼板倉散料壓力進行計算并不準確,原因是:(1)流體力學(xué)中鋼板倉內(nèi)部的壓力是隨著深度增加而線下增加;(2)鋼板倉貯料的側(cè)壁壓力是沿著側(cè)壁深度增加而呈某種曲線增加[4]。如 1.2 所示:片1.png 1.2 散料壓力與液體壓力直至 1895 年,德國科學(xué)家 Janssen[5]提出了 Janssen 靜壓理論公式,學(xué)界對于鋼板倉的散料側(cè)壁壓力才有了一個明確的認識,Janssen 公式的兩個基本假設(shè)是:(1)在同一深度的垂直壓力 P 的分布是均勻的;(2)水平壓力與垂直壓力的比值是一個常數(shù)。根據(jù)這兩個假設(shè)提出鋼板倉散料側(cè)壁壓力的計算公式: P = krs , r 是貯存散料的力密度;s 散料頂面或者散料錐體的重心到所計算的截面的距離。
以往鋼板倉出料大都是采用正壓氣力輸送,特別是大型落地式鋼板倉物料的正壓氣力輸送尤為常見,今天德通倉儲簡單介紹鋼板倉的負壓氣力輸送,鋼板倉管道出料可嘗試采用負壓氣力輸送,管道內(nèi)輸送物料的氣體壓力低于大氣壓的稱為負壓吸送式輸送。鋼板倉出料稀相負壓輸送一般采用羅茨真空泵作為氣源,水泥鋼板倉吸嘴或旋轉(zhuǎn)供料器作為供料裝置,物料同大氣一起從入口處進入輸送管道,骨料庫的特點是庫頂設(shè)備荷載大通過負壓氣流輸送到末端散裝鋼板倉,通過料氣分離裝置過濾后的氣體進入羅茨真空泵并排入大氣。德通鋼板倉總結(jié)負壓氣力輸送有以下幾個特點:1,由于在密閉管道中輸送,能很好控制灰塵外揚,防塵效果好,環(huán)保的可靠性好。管路內(nèi)的粉塵不易泄漏于環(huán)境,有利于環(huán)境保護;2,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,鋼板倉,鋼板庫,大型鋼板庫,大型鋼板倉,鋼板倉廠家-山東泰和鋼板倉有限公司緊湊,機械傳動部件少,易損件少,設(shè)備的制造,維護要求低,工人可操作性強;3,使用的壓力(真空度)小,安全性高;4,氣體取自大氣,氣體的溫度即為當時當?shù)氐臍鉁兀瑢崦粜晕锪嫌葹檫m宜;5,輸送為連續(xù)式,亦可間斷,管道內(nèi)無積存;6,可實現(xiàn)多點進料,多點卸料的輸送目標;設(shè)備和管道可靈活布置,節(jié)省空間。此設(shè)備也可用作鋼板庫清庫使用,主要清庫設(shè)備可露天設(shè)置。
7,氣體動力源一般為離心風機,羅茨風機(泵),使用壽命長;8,適宜短距離輸送,一般不超過100m;對工藝過程中的輸送尤為適宜;9,對輸送物料的適應(yīng)性強,粉料,顆粒料均可順利輸送。
直至現(xiàn)在這個理論的意義依舊十分重大,現(xiàn)在對鋼板倉的散料側(cè)壁壓力的研究和計算都是以此為基礎(chǔ)。在這之后學(xué)者也將 Rankine 方法和差分法應(yīng)用在了鋼板倉的散料側(cè)壁壓力,這些方法的基礎(chǔ)是散料的塑性平衡,沒有把散料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系考慮進去,把復(fù)雜的實際情況簡化成靜定結(jié)構(gòu)。由于存在這些缺陷,采用該方法進行計算所的到的結(jié)果與實際情況并不十分吻合,許多研究人員對鋼板倉進行實際受力分析試驗時,證明了應(yīng)用 Janssen 公式計算的倉內(nèi)散料側(cè)壁壓力并不是鋼板倉在實際工作中的壓力,在動載卸料的過程中貯存散料的側(cè)壁壓力與計算結(jié)果并不相符。所以在實際工程中,許多根據(jù) Janssen 理論公式進行設(shè)計的鋼板倉會出現(xiàn)漏斗口堵塞現(xiàn)象,導(dǎo)致鋼板倉的側(cè)壁出現(xiàn)裂紋,最終損壞。因此以 Janssen 公式為理論基礎(chǔ)的眾多推論,例如:Marcel.Reimbert 和 Andre.Reimbert,Jrnike,Walker 等等,在實際應(yīng)用中都需要乘上一個修正系數(shù),K“表示筒倉倉內(nèi)散料側(cè)壁壓力與豎直壓力的比值”稱為側(cè)壓力的強度系數(shù),其中 Koenent 的 Rankine 主動土壓力系數(shù)k= tan(245 -j / 2) 和 Jake 的k = 1-sinj ,j “是倉內(nèi)散料的內(nèi)摩擦角”,應(yīng)用比較廣泛[6]。
1950 年前后,多名國外科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有限方法對于鋼板倉散料側(cè)壁壓力卓有成效,學(xué)者 Mahmoud 使用建立了一個簡單的鋼板倉模型使用有限元方法計算出來倉內(nèi)散料對側(cè)壁壓力,這個模型是以力學(xué)邊界條件為基礎(chǔ)而且考慮了鋼板倉倉內(nèi)散料與倉壁摩擦作用;學(xué)者 Jofriet 等人使用線彈性方法分析計算了鋼板倉在動載卸料時的力學(xué)環(huán)境[6]; 學(xué)者 Bishara 通過非線彈性模型計算了靜態(tài)儲料狀態(tài)下散料的側(cè)壁壓力[7]; 學(xué)者 S.S.EL-Azazy 等人依據(jù) D-P 屈服準則建立粘彈性的型,計算分析了鋼板倉的靜態(tài)儲料和動載卸料時的散料對側(cè)壁壓力和鋼板倉的物料的結(jié)拱現(xiàn)象。學(xué)者 Q.Zhang 等人研究了 Lade 儲存糧食的鋼板倉處于不同溫度下和靜態(tài)儲料的倉壁壓力,為了方便計算,把貯存散料簡化成了線彈性體,考慮不同參數(shù)的影響全面的分析了動態(tài)儲料下散料對側(cè)壁的壓力。學(xué)者 A.H.Askari 等人依據(jù)無拉伸的Drucker-Prager 準則,建立了理想的彈塑性模型,分析了鋼板倉直段和漏斗段組合的散料在流動情況下對側(cè)壁的壓力。學(xué)者 Habussler 依據(jù) Euler 方法計算分析了鋼板倉漏斗段的貯料流動情況對側(cè)壁壓力的影響。學(xué)者 Schmidt 等人把散料假設(shè)成可壓縮,不拉伸的塑弾性材料從而模擬了鋼板倉的動態(tài)卸料過程。以上多種研究結(jié)果表明鋼板倉在不同的工作狀態(tài)下即靜態(tài)儲料和動態(tài)卸料過程,應(yīng)該使用不同的計算模式,現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一通用的計算方法,確定方法還有待于進一步研究,以上成果的得出加快了鋼板倉技術(shù)的進步。