水泥均化库

均化库
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圆柱形单或多仓筒库，大型库和圆型贮库，经证明了能有效地贮存粒状松散物料、熟料和破碎的石灰石外，还能有效地贮存粉状松散物料，如水泥、水泥生料或粉煤灰。本文描述了单仓圆筒库，着重论述了它们的发展。并论及工程设计，假定设计荷载，有关静态计算的建议，设计细节和建造这些大型的、有时是复杂结构的贮库的不同方法，并给出了现有结构的例子用以说明怎样的建筑技术是有利的。
中文名 均化库 外文名 homogenization silo 结构描述 水平的库底板结构形式 建    造 库壁几乎全都采用滑模施工 功    能 贮存粒状松散物料
目录
1 前言
2 结构描述
3 建造
4 设计荷载
5 现有结构的例子
前言
在水泥生产过程中，为了保证生产工艺的顺利进行，对松散物料，如：破碎的石灰石、水泥生料、水泥熟料，不同品种的水泥和混合材（粉煤灰，粒化高炉矿渣）等进行贮存是有必要的，而且贮量也很大。对于粉状松散物料，如水泥生料，水泥成品、粉煤和粉磨矿渣等几乎全用筒库贮。这种为类型的筒库，配有充气底板，并且可以进行自动操作。而水泥熟料的储存却与上述种种不尽相同，因为水泥熟通常需要大量的贮存，以便提供充足的储备。熟料露天贮存在过去很常见，但现在因环保方面的特殊要求，不再允许露天堆放熟料。这是因为在运输过程中不可避免地会产生大量的粉尘，而且操作场地也不够理想。近年来，为了贮存熟料，普遍采用增加大贮库或圆型堆场的数量。它们都是采取自然排空，没有排放，这是因为所贮存和卸出的物料是干燥的和松散的。圆形贮库在静态设计方面段于其他类型的贮库，现在，只有在特殊情况下才建造条形贮库。图1为水泥厂中采用的不同规格的筒库。
经过破碎的石灰石既可贮存于条件贮库中，也可贮存在圆筒库中。这此贮库均设有顶盖，用于保证物料的质量，并可以通过卸料设备将贮库放空。
总之，贮库可用钢筋混凝土或预应力混凝土建造，也可以采用钢结构。本文只涉及适用于贮存粉状松散物料的悬臂圆柱形筒库。
用于贮存粉状松散物料的具有中心圆锥的悬臂圆柱形筒库
结构描述
用于贮存粉状松散物料的悬臂圆柱形筒库，是贮库中较常见的建筑形式，它可以单个建造或组合排列，这种形式的贮库通常包括：库**板，用于放置喂料设备：筒仓，用于贮存松散物料；库底板，在它的下面（**或低于地平面）设有库底卸料装置，输送设备和称量设备；较后是库的基础。
不同规格的悬臂圆柱形筒库在文献[1]中有详细报导。较近17年来所建造的用于贮存松散物料的筒库，其尺寸范围大体可规定如下：内部有效直径10-18m，特殊情况下可达 30,总建筑高度在30-60m之间。
筒仓的顶盖和屋顶可建造成圆形预制盖板或现浇钢盘混凝土结构（柱、盖板），这取决于库的直径和所采用的建筑方法。
过去经常采用水平的库底板结构形式，而现在除了特殊情况较少采用。因为这种库底板形式在卸料过程中会引发许多问题。现在通常将库底板建成中心为垂直圆锥或斜锥形，因锥形可对物料层自重产生的压力起到松散缓解的作用，充当一促进物料横向滑动的装置，有助于粉状的有流态化的松散物料的卸出。通过横向和圆周方向构筑一圈倾斜的混凝土构件，使圆锥和和库壁之间形成一个过渡界面，有利于卸库。此外在圆环上配图示输送松散物料的充气槽（帮助卸料），首先是在圆周方向，然后通过圆锥壁上的气孔，导向库中心。由于这种圆环的表面相对较窄，因而也就降低了安装充气槽的费用。圆锥以台阶状支撑在筒库壁上，没有任何附加的连续点。因此，具备静态稳定的的优点，除了在支撑表面产生一些弯曲应力外，这种形式的三维承载结构所产生的一应力就是径向和环向上的压应力。因圆锥横跨整个库的底表面，中间没有其他支撑，所以圆锥下面的空间恰好用于安装卸料设备和其他机械设备，如除尘过滤器、鼓风机、计量和装载设备。地中衡地坑，也可以安装袋装水泥的包装设备。图2所示的两种形式的筒库有些差异，这取决于操作者的需要。
—架高的圆锥和通道，以便卡车或铁路装开车的筒库（正常情况）
—圆锥直接放在基础上的筒库。
库壁下部的区域承受全部的荷载，也就是说库的净重和松散物料的重量，通过库壁传递到基础上。而基础又取决于土层的状况，或是一个环形基础，或是在大直径钻孔灌注桩上建造的条形基础来构成。这种基础的设计尤其适合力的均匀分布。从设计的角度上讲，环形基础需要很少的混凝土和钢筋用量，这取决于地基的承载力。筒库的基础设计应尽量避免采用整较基础，因为结构自身产生的载荷通过库壁传递下来，而整个受弯曲力的板基础，却必须设计成整个基础都要承受这一荷载，因此，这样的设计尤为不经济。通常地基的承载力较低，条形基础必须坐在桩基上。如若可能，尽量采用排形布桩，从而避免荷载的不均匀分布所产生的弯曲就力分量。采用大直径钻孔灌注桩，通常不会骈生任何问题。图2展示了带中心圆锥筒库的基本结构原理。筒库的主要组成部分是库壁，它由圆柱形壳体构成，承受水平荷载以及筒仓中松散物料产生的纵向摩擦荷载，并将全部载荷传递给基础。据文献[1]报导，从设计的观点上看，筒仓区域库壁的厚库（充气的混凝土覆盖内外两侧，筒型内外两层都有配筋，对滑模施工和混凝土压实有足够的空间）不应低于25cm，较好不少于30cm。这一库壁对非张拉钢筋筒壁，且内径不**过19.0m的筒库而言，是没有任何问题的。对于大直径的筒库，建议对库壁在水平方向进行预加应力。在这种情况下，由于增加了预应力钢筋束，壁厚应该增加到 35cm或更大一些。圆锥基础下部的库壁大约为60-70cm。特别值得注意的是，对于壁厚25cm的带圆锥的筒库，必须有足够的支撑断面，筒壁上没有非常大的洞，以便通道自身能够承受垂荷载，只要注意上述这此，就不会有什么问题了。对于滑模施工而言库，库壁的局部加厚并不理想。
建造
库壁几乎全都采用滑模施工，而骨模施工又有许多不同的方法。库壁可以在单一通道上从基础的表面一直至库**进行滑模施工。在圆锥的支撑处，因库壁厚度有变化，需重新制模，但这可以通过安装预制模板而在几个小时内完成，因此滑模施工不会受到太大的干扰。圆锥是后施工的，由于材料必须运到库壁上—这就增加了费用，但这对于现代化的快速移动起吊设备而言，并不重要。这种建筑方法的一个优点是，对圆锥的施工可保护其不受风和气候的影响。另一种建筑方法是按上述提供的方法进行滑模施工。但在圆锥的**部会干扰施工。这种建筑模式对建造多仓库尤其重要。如果库壁底端到圆锥支撑点间的高差并不太大，那么可通过现浇混凝土结构进行预制，通常只作到与圆锥底部的结合处，这以上的库壁可继续采用滑模施工。
圆锥可用两种方工建造。一种是传统的支模方法，利用脚手架进行现浇混凝土施工。这种方法有很多缺点。对锥体表面现场支撑很费力，且花费大。还有一个问题是，锥体与水平的夹角，比如说60°，是需要**部支模呢，还是发装可替代模板肋型膨胀金属就行呢？两种方法花费都较大。另外搭脚手架也是一笔开支，特别是对架高的锥，会增加脚手架高度，这此都是必须要考虑到的。但值得一提的是，在市场上有自支撑模板系统，使得这个问题可以很经济地得以解决，条件是物体的几何形状必须与提供的系统相吻合。对于上述提到的理由，文献[1、4]中提出一整套系统，用预制钢筋混凝土构件建造中心圆锥，再通过现浇混凝土进行构件间的连接（底部张力环，锥**）来完成圆锥的建造。内径为13.0m筒库的建造方法见图3。圆锥是由十二个预制件组成，预制件中心也是呈凹状的，使得它们与闸壁的弯曲能很好地吻合。这些部件放圆锥侧壁由塔架进行固定，或者反预制件放在所需的位置，然后用与壁库相连的拉杆进行加固。当全部预制件放在所需的位置，然后，应在锥体的底部浇注一层混凝土，当沿着库壁的肓部进行浇注，然后沿着单个预制所形成的放射状径向缝隙浇注混凝土，这样锥体方算构筑完毕。
设计荷载
在库的设计和计算中必须考虑所有的荷载和影响因素，这些可在文献[2]中查到，它们主要来自下列款项：
—静重，DIN1055，**部分；
—运输荷载，DIN1055，*三部分；
—根据有关标准中内部装备、设备、机械、**结构和附件引起的荷载；
—风载，DIN1055，*四部分；
—由地震引起的荷载，DIN4149；
—温差效应。
其中较重要的是来自松散物料的荷载，物料的粒度和级配在DIN1055，*六部分有所表述，“筒仓荷载”1987年发表，在文献[2]中有详细的阐述。水平荷载Ph和库壁摩擦荷载Pw对仓壁而言是很重要的，垂直Pv对库的基础又是十分重要的，此外还应考虑仓空仓满效应的影响。
至于圆锥的荷载，在DIN1055*六部分中没有给出，因为圆锥通常被看作是内部装备，而内部装备引起的荷载变化又常常不为标准所涉及。出于这种原因，文献[2]不仅讨论了库壁和圆锥之间梯形的荷载情况，而且还给出了有关圆锥的荷载大小及其分布的推荐值。
给出了d=16.0m,h=40.0m的筒库水平荷载和库壁摩擦荷载的基本值（h等于从物料的水平表面测得的松散物料的较大高度），以及库内装满水泥是时（16kN/m3）在圆锥上形成的荷载，计算的荷载用来确定单个预制构件的内部应力和尺寸。
当一些松散物料装入库中，它们会从“温”到“热”，所以应特别注意温度问题。例如水泥的入口温度大约是100℃，外部环境温度是-20℃，在这种条件，内部和外部就存在着很大的温差，导致约束应力产生，这在确定尺寸时必须考虑到。这些尤其会对库壁产生影响。基于文献[2]所提出的热平衡计算，其中除了上述的松散物料和外部环境温度外，库仓和周围构件的几何尺寸以及喂料速度和空气排出量也起很大作用。限定每个构件的温度膨胀量，是在确定构件尺寸时必须加以考虑的。
此外，还应考虑到钢筋混凝土构件产生裂缝的可能性，裂缝的出现将导致结构强度的降低，因此在承载设计时，必须考虑包括温度条件在内的裂缝宽度的验算。有关的基本原理在贮库设计指南[1]中进行了详细的论述。在贮库设计手册的附录里，也包括一些从荷载中得到的限制和正常应力（张应力和压应力）的计算表，对于给定的裂缝宽度，根据图表可直接定出库壁横截面的尺寸。其它图表提供了预应力效应，以便为在水平方向预加应力的库壁提供限制裂缝宽度的依据。基于这些基本原理，文献[3]中列举了一些计算悬臂圆柱形贮库库壁的例子，它们与图5中给出的例子基本相符。
现有结构的例子
例1：
在Dotternhausen的Rohrbach水泥厂的水泥库系统
—一座直径为16.0m的贮库，有效容积7500m3（当水泥容重等于16kN/m3时，储量为120000kN），锥体上没有8个卸料出口。
—3个直径为 10.0m的贮库，每个库的有效容积3000m3（48000kN），锥体上设有4个卸料出口。
—架高圆锥的贮库，大库有2个通道，小库只有1个通道，用于卡车装载，并带有地中衡地坑，与库的基础形成一个整体。
—建于岩石上的环形基础。
—从基础表面开始，采用滑模施工建造库壁，然后建造圆锥体（现场烧注）。
例2：
位于 Weisenau的Herdellberger水泥厂的水泥库系统，摘自文献[4]
两座直径13.0m的贮库，有效容积3400m3，设6个卸料出口；
—架高圆锥的贮库，设2个通道；
—由12个钢筋凝土预制构件建造圆锥的主体，而圆锥底部的的混凝土圈、构件间的径向缝隙连接以及锥**则由现浇混凝土来完成，建造圆锥用时2天；
—大直径的钻孔灌注桩基础，直径为1.50m。
在这种情况下，钢筋混凝土预制构件是在混凝土制品厂制造，然后运到建筑现场。
例3：
在Weisenau的Heidellberger水泥帮的粉煤灰库
—一座直径19.0m的贮库，有效容积1000m3，（当粉煤灰容重为12kN/m3时，储量为120000kN），圆锥上设6个卸料出口；
—由12个预制构件架在基础底座上建成的圆锥；
—大直径钻孔灌注桩基础，直径为1.50m。
这些预制构个重340kN，直接在建筑现场制作。在这种情况下，很有效的处理方法就是采用中心垂直脚手塔架，安装圆锥部件，然后采用滑模施工建造库壁。