扶壁式挡煤墙储煤场设计
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摘要:根据扶壁式挡墙储煤场设计经验，依据规范，对储煤场在设计中如何选择合理的模型、如何分析各部分内力计算及各部位构造要求等问题提出的建议，可供工程设计参考。
关键词:扶壁式挡煤墙;储煤场;承载力;堆煤角度
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
概述：
大直径的封闭储煤场是大型露天煤矿贮煤的重要手段，储煤场主要采用环形扶壁式钢筋混凝土挡墙，钢结构空间网架穹顶，内部设置围绕中心柱回转的悬臂堆料机和半门架式俯仰刮板取料机，因建设占地面积小，单位面积存储量大，而且在存储和取料过程中，无粉尘外露，环保性能好。现在已被广泛应用，是煤炭储存的发展趋势。
内蒙铁能公司的扶壁式挡墙储煤场直径为120m，挡煤墙高度为19m，结构形式为沿环向每隔一定距离分布的扶壁，以抵抗煤压力而产生的水平推力和内外温差影响下的温度收缩应力。挡煤墙竖向断面如图所示：
图1储煤场挡墙断面
计算内容
首先采用扶壁式挡墙的计算原理初步设计了结构尺寸和基础形式，然后通过有限元计算软件Midas Gen 建立计算模型进行细致的计算分析，内容主要有以下几个方面：
主要荷载作用下的应力和变形。包括：堆煤范围角度变化时煤压力作用下挡煤墙的应力和变形；堆煤运行时，在内外温差作用下，挡煤墙的应力和变形；季节温度变化引起的应力和变形；在这些荷载组合工况下的内力、变形和配筋等。
挡煤墙结构尺寸优化计算，选择不用的壁厚和扶壁结构尺寸在各种控制工况下进行分析计算，比较内力分布和材料用量，以达到优化结构的目的。
基础设计计算，基础持力层为第四层泥岩，承载力特征值为 fak =260kPa。经过初步计算，基础承载力不够，基础需要进行深度修正。基础底板下部采用毛石基础换填。fa=fak+ηγm(d-0.5)=396KPa。
有限元计算分析及其结果
计算模型如图所示。扶壁为环向360°布置，每两个间距10°设置。储煤墙内径为120m，仓壁下部厚0.9m，上部厚0.6m，墙高19m，厚度自下而上按线性规律变化；墙内堆煤最大高度为17m，基础底板厚为1.85m，宽为11m。
建立有限元模型时，首先画出竖向扶壁断面，按每10°一个布置，旋转360°。扶壁断面单元格按1m划分。
材料参数
煤的重力密度：γ=10KN/；煤的内摩擦角：φ=38°
煤与混凝土壁的摩擦系数：μ=0.6
荷载
根据结构受力特性，计算方案考虑的荷载主要有以下几种：
竖向荷载：主要包括结构自重、其他构件及固定设置施加在挡墙上的作用力、土压力、堆煤压力。储煤场挡墙结构计算时，对不同荷载应采用不同的代表值。对永久荷载应采用标准值，对可变荷载应根据设计要求，采用标准值或组合值，对地震作用应采用标准值。
侧向荷载：主要是堆煤压力产生的侧向荷载。堆煤压力包括作用在仓壁的侧向压力和作用在堆煤场区基础土层的竖向压力。侧向压力根据《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB50077-2003中附录C 浅圆仓贮料压力计算公式计算。同时，应考虑竖向荷载中还包括网架作用在扶壁上的荷载。
挡墙内外壁温差。挡墙外壁温度取决于环境温度，内部温度取决于堆煤温度。根据相关实测结果，内壁温度取为40℃，挡墙面外温度，则根据当地气象资料，取为-20℃。内外壁温差为60℃。
季节性温差。根据当地的气象资料确定，季节性温差取30℃。
结果及其分析
根据上述材料参数和荷载组合，进行了有限元分析和计算，得出主要结果如下：
堆煤角度不用的情况下，主要模拟了六种堆煤角度的作用状态，包括：30度堆煤侧向压力；60度堆煤侧向压力；90度堆煤侧向压力；120度堆煤侧向压力；180度堆煤侧向压力；360度堆煤侧向压力。将这些荷载作用工况与内外壁温差组合算出基本组合内力并导出这些内力而后进行配筋计算。
通过上述不同角度堆煤与扶壁挡墙内外壁温差的组合工况计算出的基本组合内力可以看出，在温差60℃，30度堆煤侧向压力以及网架支座荷载组合的工况下基础底板的最大反力和扶壁所受的弯矩是最大的。扶壁根部最大弯矩为42720kN*m，最大剪力为12598kN。通过导出内力计算出的配筋率可以看出，在内外壁温差和30度堆煤侧向压力这种情况下挡墙全截面的横向配筋率为1.28%，其中煤压单独作用时的平均配筋率为1.02%，内外壁温差引起的内力所需配筋为0.26%，这说明由于内外壁温差的存在，导致全截面配筋率增加。
从主要荷载组合工况的作用下，挡煤墙的纵向配筋也是由内外壁温差和煤压力共同作用的工况控制，全截面配筋率为0.68，其中煤压单独作用下的平均配筋率为0.45%，内外壁温差引起的内力所需配筋为0.20%，这说明由于内外壁温差的存在，导致全截面配筋率（相对于煤压单独作用时）增加50%。
四、结束语
堆煤压力和温差数据是扶壁式挡煤墙设计中的重要参数，其计算正确与否直接关系到储煤场是否安全、经济、可靠、合理。近几十年来，随着储煤场设计的不断完善和发展，各种技术开始应用于储煤场等构筑物，如何使混凝土技术更加适用储煤场设计，还有待我们进一步研究。