平板玻璃厂贮仓设计.doc

平板玻璃厂贮仓设计与构造许德强 孙云侠中国建材国际工程集团有限公司 蚌埠 233010摘要：本文介绍平板玻璃厂中贮仓设计中常见物料参数的选择，贮仓的结构布置以及贮仓的一些特殊构造。并简略计算窑头钢仓的内力，进行构件设计。关键词：贮仓 物料 结构布置 构造 窑头钢仓1、前言在平板玻璃厂房中，一般根据工艺流程的需求而设置各种贮仓，或用于贮存物料，或用于缓冲给料，或用于卸料。贮仓按使用材料的不同，可分为钢筋混凝土仓、金属筒仓与砌体筒仓，玻璃厂中常见的有和建筑结构主体结合在一起混凝土筒仓和钢斗贮仓，如原料车间的混凝土贮料群仓、熔化工段投生料的窑头钢料仓、碎玻璃系统碎玻璃贮仓及原料库系统的缓冲、卸料钢斗。以上各仓，或参与整栋建筑整体计算，或按平面构件计算分析，计算简化模型不尽相同，本文将介绍平板玻璃厂中贮仓的设计与构造要点。2、贮仓的设计与构造2.1物料特性贮仓是为玻璃生产工艺服务的，物料的物理特性参数，包括重力密度、内摩擦角及贮料与仓壁之间的摩擦系数等，是计算贮料作用与仓壁上压力的重要依据。贮料的特性参数受颗粒形状与级配、含水量等因素影响，造成同一物料的物理参数有差异。平板玻璃厂设计规范中常用原料特性指标见下表。表1：平板玻璃常用原料特性指标原 料 名 称比 重粉料中块料大块料0.75mm2050mm160300mm容重（t/m3）安息角（）容重（t/m3）安息角（）容重（t/m3）安息角（）砂岩2.651.36331.62352.0035硅砂2.651.501.6033石灰石2.601.55301.60362.0036白云石2.801.60321.86362.0036长石2.701.60321.70362.0036芒硝0.9830纯碱0.6130重碱1.15煤粉1.270.50300.9040白土1.60叶腊石1.60301.90352.2035碎玻璃2.600.9425配合料1.1535各物料的摩擦系数对混凝土板和钢板业不尽相同，缺少实验数据。根据经验，对混凝土板摩擦系数可取0.40.55，对钢板可取0.30.4。2.2贮料压力考虑贮料在仓壁产生的摩擦力对其水平侧压力的影响，将筒仓区分为深仓与浅仓，压力计算公式略有不同。深浅仓的划分标准是贮料的最大计算高度h与矩形筒仓的短边（或圆仓的直径）之比来划分，即h/b1.5时为浅仓，h/b1.5时为深仓。贮料计算高度h值确定的正确与否，对贮料压力有很大影响，取值应符合下列规定：上端：贮料顶面为水平时，按贮料顶面计算；贮料顶面为斜坡时，按贮料锥体的重心计算；下端：仓底为钢筋混凝土或锥形漏斗时按漏斗顶面计算；仓底为平板无填料时，按仓底顶面计算；仓底为填料做成的漏斗时，按填料表面与仓壁内表面交线的最低点处计算。所以在计算钢仓压力之前，需判别贮仓的种类，应用不同的压力计算公式。图1：贮仓压力示意图（1）深仓中，贮料作用于仓壁单位面积上的水平压力ph、仓底或漏斗顶面单位平面竖向压力pv、漏斗壁单位面积上的法向压力pn，按下式计算式中Ch、Cv：深仓贮料压力修正系数；：贮料的容重；k：侧压力系数（）；s：贮料顶面或贮料椎体重心至所计算截面处的距离；Kvs：摩擦折减系数；：法向压力系数（）。深仓的计算结果有两点注意：仓底的总竖向压力值不大于贮料的总重，pvh；漏斗壁中单位面积法向压力，在漏斗高度范围内均取漏斗顶面之值。（2）浅仓中，贮料作用于仓竖壁单位面积上的水平压力ph、仓底单位平面竖向压力pv、漏斗壁单位面积上的法向压力pn，按下式计算式中C：贮料直接卸入浅仓时的冲击影响系数，采用皮带装料时取1；：贮料的容重；k：侧压力系数（）；s：贮料顶面或贮料椎体重心至所计算截面处的距离；：法向压力系数（）。当浅仓的h/b接近1.5时，应按深仓的公式复核贮仓水平压力，取二者计算结果的较大值。2.3 结构布置与内力计算贮仓的仓壁、漏斗及边梁整体连接时，其计算模型可简化为由薄板、杆单元组成的一个空间体系，在荷载作用下，它们参与结构共同受力。单贮仓的仓壁及角锥漏斗壁在物料作用下的的内力计算，包含以下内容：在仓壁平面内，水平、垂直的拉力计算；在漏斗壁平面内的斜向拉力计算；仓壁、漏斗壁平面外的弯曲计算；仓壁、漏斗壁平面内的弯曲计算。在钢仓中，钢仓竖壁及斜斗壁布置角钢水平加劲肋，按平面封闭框架计算。该肋承受相邻竖壁或斜壁传来的水平拉力，以及壁板传来的水平或法向压力引起的弯矩。水平加劲肋间距可视为斜壁的弹性支点，其间距为壁板的计算跨度。水平压力的传递路径为：物料压力作用在薄钢板上，薄钢板传递到水平加劲肋上，水平加劲肋为自平衡的封闭框架。物料的重力通过仓壁薄钢板直接传递到仓的支承结构上。混凝土仓壁平面外的弯曲，按周边支承板，在三角形荷载作用下进行计算。竖壁与框梁、框柱连接时，可作为固端。当仓平面尺寸为矩形，若长短边之差小于20%时，竖壁之间按固定考虑，反之则按弹性嵌固考虑。矩形群仓仓壁除应按单仓计算外，尚应计算在空、满仓不同荷载条件下的内力。内力的计算可参照钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077附录G的方法。2.4构件设计在物料压力作用下贮仓，按照承载能力极限状态和正常使用极限状态设计，需对各构件均应进行承载力、挠度和裂缝的验算，以满足规范规定。2.5贮仓构造（1）仓内衬：平板玻璃厂中贮料仓，根据所存物料的不同，选择不同的内衬。混凝土贮仓中的物料在排料的过程中，贮料会对仓壁产生很小的磨损作用，可利用加厚的混凝土的保护层抗磨，不宜采用普通砂浆作为内衬，以免砂浆脱落，混入原料，影响玻璃质量。存储碎玻璃的仓受到磨碎程度最大，混凝土壁的受摩擦一面的保护层应加厚20mm兼作内衬。钢斗的内衬采用高硬度的复合耐磨钢板，应根据壁板的受磨损程度选择耐磨层厚度。存放碱性物料的贮仓，防止物料对钢斗的腐蚀，一般采用聚乙烯PE板材，这种内衬摩擦系数小，化学稳定性也较好，但是这种内衬与结构材料变形不协调，气温温差较大时，衬板易大面积脱落，并且该材料属于易燃物，所以，PE板应限制或不应作为仓的内衬。（2）原料车间群仓，在筒仓下环梁与竖壁交接处，常常形成死料区。可采用轻骨料混凝土填充，形成比物料的自然休止角大5的塌陷角，使物料可以自动排除贮仓。（3）钢仓设置的水平角钢加劲肋与壁板形成组合截面，形式见图2。水平加劲肋形成封闭框架，转角处加劲肋之间采用对接焊缝，见图3。 图2：组合截面形式图图3：加劲肋之间的连接（4）钢仓壁开洞构造：当仓壁应工艺要求需开设排废洞口时，需在洞口周边设置角钢加劲肋以抵消仓壁开洞引起的仓壁整体削弱，洞口周边物料压力通过角钢加劲肋传递至上下水平加劲肋。洞边周边加劲肋应根据洞口的大小选择角钢或钢板，洞口加劲肋应与仓壁削弱部分等强，通常应保证洞口角钢加劲肋的截面积大于该方向仓壁削弱的截面积。（5）钢仓的隔热防护：投料钢仓安装在投料池前，受其高温辐射的影响。料仓长期在高温条件下长期工作，钢材的弹性模量和强度设计值要按照建筑钢结构防火技术规范（CECS200:2006）的要求进行折减。钢仓的受高温的辐射面及两侧面应采取隔热措施，如设置钢板防护罩，或采用隔热材料包裹构件处理。此处若处理不当，料仓的热面会在贮料压力的作用下变形外鼓，形成较大的变形，影响正常使用。（6）防贮料的冲击：玻璃厂的一些大块喂料仓，常采用翻斗车机卸料，物料对仓的冲击很大。为阻止一些超规格的大物料和杂物进入贮仓，减小磨损，可在仓口设置钢格栅，在仓壁上铺焊与贮料流动方向一致的角钢或钢轨内衬。2.6施工安装贮仓的施工，难点在于混凝土与钢两种建筑材料的连接节点。座式钢仓斗与支承结构连接的节点形式，易于吊装安装，所以施工质量控制的较好。而支承结构梁下预埋螺栓或钢板，钢斗吊挂其下的节点形式，对支承梁的混凝土的浇筑质量、埋件的焊接质量有更高的要求。某玻璃厂出现过贮仓满料后，钢锥斗脱落，后调查事故原因，就是埋件锚筋的焊接制造出现的问题。3、计算实例玻璃熔窑是玻璃厂的心脏，是生产玻璃的的关键热工设备，玻璃的熔制过程就是在玻璃熔窑中进行的。窑头钢料仓起缓冲给配料的作用，即接受原料系统的配合生料，又向投料机输送生料，从而将生料投入熔窑。因钢料仓只起缓存作用，生料贮存量不大，配合熔窑投料池的入口尺寸，故此仓的平面形状为矩形，长短边之比可达到4.5，钢仓的几何特性见本例图4。此处不考虑钢材在高温条件下的强度、模量折减。投料钢仓贮料装至仓顶，计算高度h下端取到10个出料小锥体的上平面。投料钢仓中的生料容重=1.15t/m3，安息角35。图4：投料钢仓的几何特性本仓与投料钢平台承重梁需结合在一起制作，钢主梁不仅承受钢平台和整个钢仓重量，还作为钢仓的竖壁部分上段，承受贮料的水平压力。钢梁需在腹板范围内设置的水平、垂直钢板加劲肋，不仅是钢梁的构造要求，还要承受水平压力的作用。另在两梁的下翼缘焊接若干型钢，以抵抗物料的水平压力。由于压力效应对水平加劲肋环箍跨度的作用为平方关系，为减小水平加劲肋的计算跨度，在两长跨之间设置若干角钢拉杆。图5：封闭框架在单位贮料压力作用下的弯矩M图6：封闭框架在单位贮料压力作用下的拉力Nh本例中，按前述浅仓压力公式，计算截面3、4之间的壁板：侧压力系数=tg2(45-35/2)=0.271法向压力系数=cos262+0.271sin262=0.4310.43111.5(3.6+4.3)/2=19.58 （KN/m2）N=（1.22+1.39.3311.5）/(2sin62)=80 (KN/m) (取单位长度计算，不考虑重心位置因素)=0.101.319.58(0.7/sin62)2=1.6（KNm/m）（N/mm2）=0.0919.5810-3(700/sin62）4/（206103103）=3.4 =794/150=5.3（mm）计算截面3处的水平加劲肋在单位贮料压力作用下的内力见图5，图6。ph=0.27111.53.6=11.22 （KN/m2）Nh=（1.311.220.7）1.3=13.27（KN）Mmax=（1.311.220.7）0.49=5.0（KNm）选用角钢L100x63x10查表Iv=1177（cm4），A=45.47（cm2），W=119（cm3）水平加劲肋强度及挠度为：（N/mm2）（mm）=2600/250=10.4（mm）仓中设置的角钢拉杆承受的拉力为：F=2.0410.2=20.8（KN）选用等边角钢L100x10，A=19.3（cm2）F/A=20.8103/1930=10.8（N/mm2）该拉杆虽然承受的拉力很小，但是它直接影响水平加劲肋的计算跨度，任何一个拉杆的屈服或连接节点的破坏，都将改变封闭框架的计算跨度，引起弯矩急剧增长，最终造成钢仓的屈服变形。曾有玻璃厂窑头料仓的中间拉杆出现问题，料仓进料后就发生大变形，影响正常生产，这必须引起设计与施工的重视。4、结束语贮仓结构随着计算力学和计算手段的发展和