在國外,針對鋼板倉結構進行了大量的力學分析研究,主要集中在以下兩個方面, 一個是鋼板倉內散料對于鋼板倉內壁的壓力形式,另一個是地震對于鋼板倉結構行為的影響。在鋼板倉設計過程中貯存散料對鋼板倉倉壁的壓力的施加是關鍵部分,鋼板倉載荷的準確程度直接影響有限元分析結果的精確度,水泥鋼板倉只有載荷施加的準確,骨料庫的特點是庫頂設備荷載大才能確保設計的鋼板倉結構的安全性和可靠性。在鋼板倉使用的最初階段,貯存散料壓力的計算是根據流體力學的理論,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)的力學性質與液體有很大的區(qū)別,水泥鋼板倉 所以根據流體力學理論對鋼板倉散料壓力進行計算并不準確,原因是:(1)流體力學中鋼板倉內部的壓力是隨著深度增加而線下增加;(2)鋼板倉貯料的側壁壓力是沿著側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,德國科學家 Janssen[5]提出了 Janssen 靜壓理論公式,學界對于鋼板倉的散料側壁壓力才有了一個明確的認識,Janssen 公式的兩個基本假設是:(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。根據這兩個假設提出鋼板倉散料側壁壓力的計算公式: 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。管路內的粉塵不易泄漏于環(huán)境,有利于環(huán)境保護;2,設備結構簡單,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地的氣溫,對熱敏性物料尤為適宜;5,輸送為連續(xù)式,亦可間斷,管道內無積存;6,可實現多點進料,多點卸料的輸送目標;設備和管道可靈活布置,節(jié)省空間。此設備也可用作鋼板庫清庫使用,主要清庫設備可露天設置。
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,對輸送物料的適應性強,粉料,顆粒料均可順利輸送。
直至現在這個理論的意義依舊十分重大,現在對鋼板倉的散料側壁壓力的研究和計算都是以此為基礎。在這之后學者也將 Rankine 方法和差分法應用在了鋼板倉的散料側壁壓力,這些方法的基礎是散料的塑性平衡,沒有把散料的應力-應變關系考慮進去,把復雜的實際情況簡化成靜定結構。由于存在這些缺陷,采用該方法進行計算所的到的結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,證明了應用 Janssen 公式計算的倉內散料側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壁壓力與計算結果并不相符。所以在實際工程中,許多根據 Janssen 理論公式進行設計的鋼板倉會出現漏斗口堵塞現象,導致鋼板倉的側壁出現裂紋,最終損壞。因此以 Janssen 公式為理論基礎的眾多推論,例如:Marcel.Reimbert 和 Andre.Reimbert,Jrnike,Walker 等等,在實際應用中都需要乘上一個修正系數,K“表示筒倉倉內散料側壁壓力與豎直壓力的比值”稱為側壓力的強度系數,其中 Koenent 的 Rankine 主動土壓力系數k= tan(245 -j / 2) 和 Jake 的k = 1-sinj ,j “是倉內散料的內摩擦角”,應用比較廣泛[6]。
1950 年前后,多名國外科學家發(fā)現有限方法對于鋼板倉散料側壁壓力卓有成效,學者 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散料對側壁壓力,這個模型是以力學邊界條件為基礎而且考慮了鋼板倉倉內散料與倉壁摩擦作用;學者 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環(huán)境[6]; 學者 Bishara 通過非線彈性模型計算了靜態(tài)儲料狀態(tài)下散料的側壁壓力[7]; 學者 S.S.EL-Azazy 等人依據 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壁壓力和鋼板倉的物料的結拱現象。學者 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,考慮不同參數的影響全面的分析了動態(tài)儲料下散料對側壁的壓力。學者 A.H.Askari 等人依據無拉伸的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壁的壓力。學者 Habussler 依據 Euler 方法計算分析了鋼板倉漏斗段的貯料流動情況對側壁壓力的影響。學者 Schmidt 等人把散料假設成可壓縮,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,應該使用不同的計算模式,現在還沒有統(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的進步。