钢筋混凝土立筒仓结构抗震探析

■赵永国 ■中煤第三建设(集团)有限责任公司第33工程处，安徽 宿州 234000

筒仓是一种被用来贮存散装物料的仓库形式之一，其根据所应用到的行业的不同，大致可以分为两个类型，具体包括农业筒仓和工业筒仓。其中，农业筒仓就是用来储藏粮食、饲料、肥料等的仓库;工业筒仓则是用来储存工业生产过程中所需要物料，例如焦炭、水泥、食盐、煤炭等。目前我国对于这类仓储技术的应用比较广泛，并且还在进一步推动机械化筒仓的建设，实现物料储存、转运的一体化和自动化，增加我国的工业和农业生产力。以下简要针对其相关内容进行论述。

1 筒仓的地震损坏情况

随着现代科技技术和经济的不断发展，我国对于钢筋混凝土立筒仓的应用范围越来越广，应用数量也越来越多。但同时，我国近几年发生的地震类自然灾害数量也在不断上升，而立筒仓在地震当中产生损害时难以避免的。我国的地理位置处于地中海地震带和太平洋地震带的中间位置，也属于地震灾害较为多发的国家之一，根据相关调查显示，中国大陆地区的地震总数大约是全球的1/3，并且其中也不乏大型的地震，而在这些地震当中以唐山大地震最为著名，当时在唐山地区的柱承式圆形立筒仓受到了严重的损害，其破坏面积达到了28%以上，而当时仍然在使用的柱承式方形筒仓的破坏面积则将近70%左右。由此可见，在当时的仓储技术发展条件下，地震灾害对于我国立筒仓的破坏性较大，因此我国也就加大了对于立筒仓抗震性能的研究，但是与目前我国立筒仓的应用程度相比，其抗震性能的研究还处于明显滞后的情况，这主要与我国大部分地区地震发生率较低有着一定的联系，需要相关研究者进行更加深入的研究。

2 立筒仓抗震性能的国内外研究

对于立筒仓的抗震性能研究已经不是新型的课题，其早在上个世纪60年代末印度学者的研究就已经开始了，当时印度的学者主要针对于当时应用的筒仓进行了自振频率的研究，但是在之后的十多年时间里国际上再没有研究者对这一课题进行研究。直到上个世纪80年代才又重新由日本学者进行了研究，其主要是对立筒仓的振动台试验进行研究，并引入了轴对称有限元法进行模拟。在这方面的研究上面日本地区的学者研究的较为深入，因为日本地区属于世界地震高发区域，其地震的发生次数较我国要多很多。但是我国学者对于这一问题也同样进行了相应的研究，尤其是对于筒承式立筒仓的抗震性能进行了深入的研究，并且得出了如何计算立筒仓的自振频率，如何有效对立筒仓本身的刚度进行增加等，并对在地震发展的过程中如何加强立筒仓本身的弹性或弹塑性反应进行了相应的研究。根据相关研究可以看出，假设当立筒仓随着地基进行平行移动的过程中，立筒仓的仓底向上的部分大约占据立筒仓内总质量80%左右的散粒体会随着立筒仓一起进行运动，并且其对于仓壁来说没有相对运动的产生，而剩下的20%散粒体则会与仓壁产生相对运动，这也就使得立筒仓本身要承受相当于自身重量80%左右的重力的影响，在地震灾害过程中会直接影响立筒仓的损坏情况。

3 柱承式立筒仓的抗震性能分析

相比于筒承式立筒仓，柱承式立筒仓的产生年代较早，发展时间较长，但是根据相关调查可以看出，柱承式立筒仓的结构存在着一定的缺陷，虽然其能够储存更多的物料，但是在地震当中其所受到的破坏更大，并且严重破坏或倒塌的情况占了22%-47%之间。其之所以受到这么大的破坏，主要原因在于柱承式立筒仓本身的结构特点，其支撑柱与立筒仓体本身的刚度存在着一定的差距，而这种差距就会导致在受到外界振动影响的情况下，支撑柱顶部与仓体连接处很容易造成应力的集中，并且支撑柱由于其特殊的结构特点，导致其中心位置比较高，轴压相对较大，自身形变能力具有着一定的限制性，也就造成了这种结构抗震性能较为欠缺。图1为柱承式立筒仓，2-2为柱承式立筒仓的剖面图。

图1 柱承式立筒仓

在实际地震灾害过程当中，柱承式筒仓结构都会遭到一定的破坏，其主要的破坏位置在于支撑柱位置，我国国内的大部分筒仓结构抗震性能研究都是围绕着支撑柱抗震性能的角度进行考虑，其中以扭转效率的研究最为深入。在实际灾害发生过程中，柱承式筒仓的支撑柱当中角柱所受到的扭转力要远远大于内柱，因此角柱所受到的破坏性要大。这主要是由于在地震发生阶段，柱承式筒仓所受到的应力大部分是由支撑柱所分担，其中角柱所受到的应力平衡性较差，极容易产生断裂或扭曲的情况，因此在增加这类支撑柱抗震性能的过程中应考虑如何增强角柱的抗震平衡性，如何使角柱能够在振动过程中受力均匀，避免出现断裂的情况。

4 筒承式立筒仓的抗震性能分析

与柱承式立筒仓相比，筒承式立筒仓具有着极为明显的优势，其在实际应用过程当中的受力情况比较明显，并且可以利用滑膜施工技术，有效提高整体施工进度，节省施工成本。同时，这类立筒仓在施工过程中会对支撑环节建造围护结构，在抗震性能方面比柱承式立筒仓要好很多。其主要是由于在施工过程中其施工技术比较先进，混凝土材料的强度也比较高。与此同时，在对仓体和仓下的制成结构连接处进行处理时比较严格，保证了在受外界应力影响时，其变形情况相对较为平缓，避免了柱承式立筒仓在受到外力作用的过程中变形突然的危害。根据相关实际统计也可以看出，在唐山、汶川、青海等地区发生的各级地震当中，立筒仓虽然也发生了较大的损害，但其中大部分均属于柱承式立筒仓，而筒承式立筒仓则很少有发生倒塌的情况。这主要是由于筒承式立筒仓在受到外界应力变化影响时，其支撑结构的形变较为平缓，使得仓体本身所受到的冲击较小，并且大部分的应力均有筒承式结构进行分担，即使筒承式结构发生破坏导致仓体掉落地面，所造成的损害也非常小，并不会对仓体本身造成较大的影响。为了进一步提高这一立筒仓结构的抗震性能，我国的研究者也进行了相关的实验。实验结果表明，施工地点的地基与筒承式立筒仓在相互作用下所产生的自振频率如果能够与周围的地质自振频率保持一致性，就会使这一立筒仓结构的抗震性能进一步提升，增加筒承式立筒仓的安全性。图2为筒承式立筒仓，1-1为筒承式立筒仓的剖面图。

图2 筒承式立筒仓

5 结语

综上所述，粮食、物资以及生产材料的储备是经济发展的重要基础，也是现代社会发展的必要物质基础，由此可见，进一步推广立筒仓贮存方式和筒承式立筒仓技术是重中之重，并且还应该不断对其进行研究，提高立筒仓的抗震性能，增强其贮存安全性。

［1］王命平，孙芳，高立堂，荆超，滕锴，耿树江．筒承式群仓的地震作用分析及试验研究［J］．工业建筑，2015，35(10):30-32．

［2］孙景江，江近仁．钢筋混凝土柱承式贮仓的地震反应分析［J］．地震工程与工程振动，2010，10(03):14-16．

［3］滕锴，王命平，耿树江．筒承式群仓有限元分析及自振基频的简化计算［J］．特种结构，2012，23(04):34-36．