无粘结预应力混凝土砂仓的设计与研究.pdf

2 0 0 1年 5月 第 3 0卷第 3期 有色矿山 No n f e r r o u s M i n e s M a y ， 2 0 01 Vo 【 l 3 0 No 3 无粘结预应力混凝土砂仓的设计与研究 李扬， 潘 可荣 北 京 有色 冶 金 设计 研 究 总 院 ， 北 京 1 0 0 0 3 8 【 关 麓 调 】砂 仓 ； 无 粘 结预 应 力 ； 侧 压力 【 摘要 】本 文对 国 内 一直 沿 用 的 普通 锕 筋混 凝 土 仓进 行 总结 分 析 ， 提 出 了采 用无 粘 结预 应 力 混 凝土 壁 的 砂仓 。在详 细分 析 了 砂 仓 内砂 浆 状 态 后 ． 提 出 侧 压 力 近 似 计 算 公 式 ， 从 而 推 导 了 仓 壁 厚 度韧 估 公 式 ， 预 应力 筋面 积 计算 公式 。文 中还 给 出 了砂 仓 一些 重要 构 造 细 节 。 【 中田分粪号 】T U2 7 9 ． 7 4 3 【 文献标讽码 ]A【 文章蕾号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 1 0 3 0 0 5 0 ． 0 4 S t u dy o n unb on de n pr e s t r e s s i ng c o nc r e t e s i l o de s i g n LI Ya ng， PA N Ke - r o ng B e O i n g C e n t r a l En g i n e e r i n g ＆ Re s e a r c h I n s t i t u t e f o r No n r r o u s Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r i e s ， Be i j i n g 1 0 0 0 3 8 ， C i n a Ke y wo r d s s i l o； un b o n d e d p r e s t r e s s ； l a t e r a l p r e s s u r e Al t r a c t Th e R C．s i l o t h a t h a s b e e n e o n s t r u c t e d i s a n a l y s e d a n d s u mma r i z e d i n t h e p a p e r ，a n d u n b o n d e d p res t r e ss c o n c r e t e s i l o i s p u t f o nⅣ a r d．A l a t e r a I p r oc u re c a l c u l a t i o n f o r me l a t i o n t o t h e s i l o wa l l i s g i v e n b y s t u d y i n g o n t he s t a t e o f me d u m i n t h e s i l o ，s 0 t h a t ．t he t h i c k n e ss o t t he s i l o wa l l a n d t h e p r e s t r e ss s t e e l r ot c a n b e e s t i ma t e d a nd c a l c u l a t e d a p p r o x i msel y．S o me i mp a r t a n t d e t a i I c o n s t r u c t i o n o f s i l o i s v e n i n t h i s p a pe r 1 概 述 砂仓在 采矿 充填系统 中是 充填砂浆贮 存 和排 出的重 要 装置 ， 北京 有 色 稽 金 设计 研 究 总院从 8 0年 代 至 今 在十 多 个 矿 山项 目中设 计 了 2 0多个 砂 仓。从 使用情 况 来看 ， 绝大 部 分砂仓都 存 在着 不 同 程 度渗 漏 问题 ． 有 的 甚 至漏得非 常严 重 ， 已有 多 个 砂 仓进 行 较大 规 模 返修 。 砂仓 的储料 为砂 浆 ， 为 混 合 体。 它不 同 于 钢 筋混凝 土筒 仓设 计规 范 中所规 定的散 装 物料 ， 也不 同于 给 水排 水工 程结构 设计规 范 中水 的 流体 特性 。过 去设 计 的砂 仓 都 采 用普通 钢筋 混凝 土筒 仓 ， 由于仓 体直 径 和 高 度 比一 般 在 1 2 ． 5左 右， 仓 壁接近 中心 受 拉 构件， 裂缝 贯通 仓 壁， 砂 仓 体 本 身 不 可能 防 水 。为了解决 防 水 问题 ， 一般 增 加 一 道 外 防 水 层． 如 内衬 玻璃钢 ， 但玻 璃钢 防水 层的施工 由于受现 场条 件 及施 工 人 员 操作 的影 响． 往 往存在施工 缺 陷 ， 仓 内水 会穿 透 此 防 水 层 到 达 仓壁 ． 仓壁 亦存在 贯通裂缝 ． 因此砂仓 出现 渗漏 。 为 了改 善砂 仓 受 力及 使 用特 性 ， 应 使 用 预应 力混凝 土 仓 壁， 使 仓 壁混 凝 土 处 于 受压 应力状 态， 即 不 带 裂缝工 作。这 样砂 仓 壁 可 作 为 自防水 层 。从 施工 方 便 及经 济性 考 虑 ． 选 用 无粘 结 预应力混 凝土仓 壁更 为合 适 。 2仓 壁 应 力 分 析 【 收稿 日期 ] 2 0 0 1 ． 0 3 0 7 【 作者简开]李扬 1 9 5 5 ， 女， 上海人， 结构高 2 ． 1 仓 内介质 的物理特 性 级工程师， 从事工程结构设计工作。 砂浆入 仓 重量 浓度 一般在 3 0％～5 0 ％． 维普资讯 第 3期 李扬 等 无牯 结预 应力 混 凝 土移 仓 的设 与 研 输入 仓后 自然 沉 淀形 成 一 沉积 层， 由于 覆砂 层的压力 而浓密 ， 砂 仓 上部形 成 1 O ％一 1 5 ％ 砂仓高度的清液， 砂仓底都砂层已脱水固结。 为了使其能够再排出． 采用装有喷水头的流 化系统 。 该系 统 能够 将 沉积 物 分 散并 使 其呈 悬浮 状。砂 仓 内的 介 质 状 态 分布 如 图 1 ， 顶 部为 清液 区， 该 区水 中含极 少 量泥 砂 ， 其物理 特性 非常接近 于水 ； 其 下部 为砂浆 沉淀 区． 其 状态接近 于注入仓 时原 始砂 浆 ， 为液 态 ； 再下 部为沉 积 区． 为 饱 和砂 浆 堆 积 区， 为固 态 ； 底 部为再造浆 区， 为流动 的非均 匀悬浮体 。 田 1 砂仓 内升质分布示意田 2 ． 2 物料对仓璧压力计算 从 前述 中可知 ， 砂 仓 的 物 料 一般 呈 现 四 种不同 的物理 状 态 区． 即清 液 区 、 沉淀 区 、 沉 积 区、 再造浆 区。 由于砂 浆 注 入及 排 出不 固 定性 ， 各 区间的高度 是变 化的 ． 其 上下层次 关 系是不 变的 。 1 清 液 区 清 液 区 介质 为水 中稍 含 泥 砂， 其物 理 特 性 与 水 基 本 相 同， 比重 比水 稍 重． 可取 1 1 k N[ 3 ， 侧 壁压应 力 g孙 l l h 分 别为各 区高度 式 中 口 侧 壁压应力 ； r 清 液重 量浓 度 ； h 清 液高度 。 2 沉 淀 区 沉 淀 区介 质为 液 态 混 合砂 浆 。 从上 至 下逐 渐变 浓， 其重 量浓 度 在 3 0 ％ -- 5 0％． 亦即 71 3 ～1 5 k N／ ． 其压 应力 可 按 流体考 虑， 计算 公式 采用 口 y h 1 3 1 5h 3 沉积 区 沉 积 区为 饱 和砂 浆 ， 在 静 态 下。 其极限沉 降固结 密度接近一常数， 呈固 态。因此 ， 其介 质仓 壁 压 应力 可 参 见 水 下土 体嘲压力计算公式， 即包括水压与砂压之和， 设砂 密度为 3 0 k N／ m3 ， 3 0 ， 则 1 gy h 7 y 寺 l O b 3 0一l 0 l h1 6 ．7 4 再造 浆 区 砂浆 为非 均 匀 悬浮 体 。 然 而此 区在仓 底 半球 内 ， 且范 围很 小 ， 因 此， 可 不 单独计 算 如图 1 。 一 般清 液 区仅为 仓 高 1 0 ％ ～1 5 , 6 ， 而 沉 淀 区也在仓高 3 0 ％内， 其高 度随 砂 浆注 入与 排 出而变化 。 因 此， 准 确计算有 一定 困难 。但 从工 程设 计 角 度 出 发 可 取 口1 6 h，比较 接 近 实际． 既安全也 经济 。 2 ． 3 仓 壁环 拉 力计 算 由于砂仓 中砂 浆 沉淀 与 排 放 要 求， 砂 仓 直径 与高 度 比一般 为 1 2 ． 5左 右 ， 根 据 钢龋 混凝 土 筒 仓 设 计 规 范 ， 圆 筒 仓 H／ D≥ 1 5 时为钢筋 混凝 土深 仓， 其 受 力可 参 照规 范 钢 筋混凝土 深仓计 算， 其仓深 h处仓壁 拉力 N 口 D 1 6h D 式 中 N 仓壁拉力 ； D 仓直径 。 3仓壁预应 力筋计算 仓壁作为结 构 自防水 层， 应 该 是 严 格要 求不 出现裂缝构 件 ， 依据 混凝 土结构设计规 范 第 3 ． 3 ． 3条 规 定 ， 其 裂缝 控 制 等 级 为 一 级 ， 即按荷载 短期效 应组合进 行计算 时 ， 构 件 受拉边缘混 凝 土 不应 产 生拉 应 力， 其 极 限平 衡 公式 N h N “ A p ‘ 羞 一 一 维普资讯 5 2 有色矿山 2 0 0 1 年 式 中 N 无 粘 结 预 应 力 筋 有 效 预 应 力 拉 力 ； A 无粘结 预应 力 筋面积 ； 无 粘 结 预 应 力 筋 的 有 效 预 应 力 。 计 算参见 ， 应按 下列公式 计算 d ‰ ～∑ 式 中 无 粘 结 预 应 力 筋 张 拉 控 制 应 力 。按 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 表 3 ． 4 ． 2 采 用 1 5 钢 绞 线 ，其d 0． 7 0 ，m 0． 7 0 x1 4 7 01 0 2 9 NI ㈣ ； 预应力 筋抗拉 强度 ； ． 第 项预 应 力损 失值 ， 包 括 以 下 五 项 ①张拉端 锚具变 形和无粘 结预应 力筋 内 缩 ② 无粘 结预 应力筋的 唪擦 1 2 ； 无粘 结预应 力筋 的应力松 弛 6 r ④混凝土 的收缩 和稼变 ⑤ 采 用分 批 张拉 时， 张拉 后 批无 粘结 预 应 力 筋 所 产 生的 混 凝 土 弹性 压 缩 损 失 。总损失值 不应 小于 8 0 N／ mm2 。 侬据 及砂仓 的结构特 点 2 一 ， 卫 t - c 1 反 摩擦 影 响长度 m “ ， ． ‘ 1 0 0 0 a ／ r 式 中 曲线无 粘结 预应 力筋 曲率 半 径， 即砂 仓半径 ； 无粘 结预应 力筋 与壁 之间 的孽 擦 系数， 1 5钢绞 线 ／ 10 ． 1 2 考虑 无粘 结 预 应 力 筋 壁 每 米 局部偏 差 对 摩 擦 的 影 响 系数 ， 1 5钢 绞线取 0． 0 0 4 0； z 张拉端 至计算截 面 的距 离 m 且 应符 合 ≤ ， 的规 定 ； 。 张拉 端 锚 具 变 形 和 无 粘 结 预 应 力筋 内缩 值 mm 。当 采 用镦 头 锚 具 时 ， 。为 l mm； 当采 用夹 片锚 具时 n为 5 m m ； ￡ 无 粘 结 预 应 力 筋 弹 性 模 量， 1 5钢绞 线 E 1 ． 8 1 0 NI mm2 。 l 卜 1 J 式 中 从 张 拉 端 至 计算 截 面 的 曲线 长 度 ． m； 从张拉端 至计算截面 曲线部 分 切线 夹角 的总和 ， t a d 。 6 r H 0 ． 3 6 a ／ ～0 ． 1 8 口 当一次 张拉时取 1 ； 当超张拉 时 取 ． 』 ． 0． 9。 2 5 2 2 0挚 a 1 5 1 式 中 受拉 区无粘 结 预应 力 筋合 力点 处混凝土法 向压应 力 施加预 应力 时 的混 凝 土立 方体 抗 压强度 ； p 配筋率 。 无粘结预应力筋采用分批张拉时， 应考 虑后批张 筋所产 生 的混凝土弹性 压缩 对先 批 张拉 筋的影 响 ， 将 先批 张拉 筋 的张 拉应 力值 增 加 。 ． ， 此处 a ￡为无粘结预 应力弹性 模量 与混 凝土弹性 模 量之 比， ． 为 后批张 拉 筋 茁先 批张拉筋重 心 处产生 的混凝 土法 向应 力 ， 因此 计算 预 应 力 损 失 中可 不考 虑 此 项 。 预应力 损失为 6 r “ l 2 6 r 6 r I 5 。 4仓 壁 构造 设 计 4． 1 仓 壁厚度 混凝土 的预应 力过大 会产生过大弹 性压 缩和徐 变 ， 因此 设 计 的 仓 壁 厚 度 不 能 太 薄 。 但预 压应 力也 不能太 低， 太 低 则增 加 了混凝 土用量， 增 加造 价。从 工 程 安全 度及 经 济性 方面考 虑 可 采 用 0． 4 L 混凝 土 轴 心抗 压 强 度 作 为预压应 力的极限 。 维普资讯 第3 期 李 扬等 无粘结预应力混凝土砂仓的逗主 母 } 墅 塑 由于砂仓 在 使用 荷 载 作 用 下 ， 不 允 许 出 现混凝 土受拉 应力 ， 因此 ， 砂浆 作 用仓壁产 生 拉力应 全部 由预 加 应 力平 衡 ， 估 计 仓 壁厚 度 公式 W ≥ 式 中 W 仓 壁厚 度 。 如 一直径 8 m砂 仓 ． 采 用 C A0混 凝土 ， 在 1 6 m深 处 ， 其仓壁厚 度 初估 为 W ≥ 2 6 3 mm 可 采用 3 0 0 ram。 4 ． 2 预 应力筋 构造 根据砂 仓工 艺 特点 ． 砂 仓 直径 一般 小于 1 0 m， 即 周 长 小 于 3 0 m， 预 应 力 筋 可 采 用 两 圉 3 预应力筋锚 同肋构造 图 4 ． 3 非预 应 力筋构造 无粘结预 应 力筋可解决砂 浆作 用于仓 壁 产 生 的拉力 ． 但 仓壁还 存在弯 曲应 力、 温度应 力 、 收缩应 力 ， 困 此 ， 砂仓 壁 必须 配 置 一 定数 量的非 预 应 力 筋， 根 据 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 、 给水排水 工程结 构设计规 范、 无粘 结 预应力 混 凝土结 构 技 术 规程 、 钢 筋 混 凝土 筒 仓设计 规范 有关条 款， 非预应力 构造筋 配 筋 率取 0 ． 2 ％。 5 设 计若干 问题总结 1 砂 仓储 存的是砂浆 ， 在 使用状 态下应 不 出现裂 缝 ， 因此砂 仓 应 该采 用 预 应 力混 凝 土结 构， 综 合经济 藏工方 面考虑 ， 宜采用 无粘 结预应 力混 凝土 仓壁 。 2 砂浆 在砂 仓 内各 高度 呈 现 不 同 的物 理状态 ． 由于砂浆不 同， 以及砂 浆注入 与排放 不确定性 ， 准 确 定 量计 算砂 浆 对砂 仓 壁 产 生 的压 力是 非常 困 难 的， 本 文综 合一 般 砂 仓 情 况 ． 给 出较为准 确的控制 公式 口1 6 h。 3 砂 仓 的 壁厚 是 砂仓 设 计 首先 要 确 定 的参 数。 可通 过 控制 混 凝 土 预 加应 力 值 ． 初 选 壁 厚 W ≥ 4 0 h D／ 。 4 预应 力筋数 量确 定 可根 据 有 效预 应 力平 衡砂浆作 用仓壁 产生的 拉力 而定， 即 A。 。其预应 力筋布 置应采 用交叉 重 叠 式 ， 一般 可设置 四个预应 力筋锚 固肋。 5 非预 应力 筋是 砂 仓 壁 必须配 置 的 钢 筋， 其配筋率 可控制 为 0． 2 ％。 “ 紫金” 攻 克金盐 技术难关 高纯度氰 化 亚 金 钾 俗 称 “ 金 盐 ” 系高 技 术产 品 ， 其分 子 式 为 KAu CN 2 ， 理 论 含 金 量 6 8． 3 8 7 ％． 被广 泛应 用于镀金 和 电铸工艺 ， 是 生产 高 品质 电铸金 的 主要 原 材料 。 目前 ， 香 港 和 国 内首饰 厂的 电铸工艺所 需金盐 主要从瑞 典进 口， 年 需求量 约 2 0 t ， 价值约 1 4亿 元 。 福建紫 金矿业 股份有 限公司 依靠 自身力 量， 攻克 了该产品 的技术难 关 ， 成功地 生产 出金盐 产品， 其质 量达 到金 盐一级 品标准 ， 并将 于年 内实现该产 品的工业 化生产 。预计该 产品每年 可 为企业新增数千万元的利润， 并为国家节约大量外汇。 摘 自‘ 中国黄金报 维普资讯