陈东

摘要：采用预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓，能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题，而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求，具有很好的经济效果，大直径预应力筒仓结构是当前的主要发展趋势。以某电厂两座直径为30m、单仓储量为20000t的大直径预应力筒仓为例，为预应力混凝土筒仓结构设计及计算方法提供可靠的参考价值。

关键词：预应力混凝土筒仓结构设计计算

中图分类号：TU318文献标识码： A

1. 预应力混凝土筒仓发展概况

筒仓结构作为贮存散料的构筑物，具有运行方式简单、保护环境、节约用地、损耗少等优点，因而它在煤炭、电力、港口、储运等行业中得到了广泛应用，随着工程中要求配置的筒仓容积也随之增大。当采用普通混凝土筒仓时，随着仓壁直径的增加，仓壁水平配筋量也越来越大，往往需要配置三排甚至四排钢筋才能满足设计要求，这大大增加了用钢量。采用预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓，能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题，而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求，具有很好的经济效果。预应力技术运用在大直径圆形筒仓结构中，还可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力，消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小，避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀，降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。因此采用预应力混凝土筒仓必将是未来筒仓结构的发展趋势。

2. 预应力混凝土筒仓设计计算原则及步骤

2.1 主要采用的规范

《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》及《火力发电厂土建结构设计技术规程 DL 5022-2012》。

2.2 设计步骤

1). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条估算混凝土筒仓的壁厚；

2). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中1.0.3条及4.2.3条条判断筒仓类型（深仓或浅仓）；

3). 依据判别的筒仓类型及《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.2条~4.2.8条计算筒仓仓壁压力；

4). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行非预应力钢筋和预应力钢筋配筋计算（主要由仓壁的裂缝来控制预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋量），并验算是否满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》的构造要求。

3. 工程实例

3.1 工程概况

本工程某电厂两座直径为30m、单仓储量为20000t的大直径预应力筒仓，高为45.65m的钢筋混凝土筒仓，仓壁壁厚为0.50m、混凝土仓壁储料高度为30.650、漏斗中心锥高度7.00m，原煤质量密度为10.0kN/m3，内摩擦角取。仓壁厚度为500mm，采用C40混凝土。预应力筋采用1x7的钢绞线，钢绞线强度标准值fptk=1860N/mm2，钢绞线强度设计值fpy=1320N/mm2，其性能应符合行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG161-2004)的规定。锚具采用OVM15-n群锚体系对应的锚具，采用无粘结预应力技术。普通钢筋采用三级钢（HRB400）。据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条对仓壁的壁厚进行初步估算值为：,本工程的筒仓仓壁厚度暂取为。

3.2 筒仓设计原则

在预应力混凝土筒仓结构中，仅对环向施加预应力，贮料产生的环向拉力由普通钢筋和预应力钢绞线共同承担。无粘结预应力混凝土筒仓按正常使用极限状态的验算。根据《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》5.1.5条第3款，本筒仓最大裂缝宽度的允许值为0.2mm。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL5022-2012》条文7.4.12条第一款规定：仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力，预应力强度比宜取0.7，不宜超过0.75，且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4％。

3.3 筒仓内力计算

3.3.1 仓壁内力计算

由知该筒仓为浅仓。据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.6条知筒仓贮料顶面或者贮料重心以下距离处，作用于仓壁单位面积上的水平压力：

，其中、，故，则仓壁环向拉力。

考虑环境温度作用时，据据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.1.1条，直径30m的筒仓可按其最大环向拉力的6%计算。因此考虑温度应力时，取。

3.3.2 估算非预应力钢筋及预应力钢筋截面面积

取筒仓仓壁根部1m宽仓壁内力作为计算单元，进行无粘结预应力钢筋的截面面积估算，计算公式可以按下式：

根据算得的1m宽筒仓侧壁内预应力钢绞线的截面面积为1218.2mm2，筒仓侧壁底部取预应力钢绞线为1x7，预应力钢绞线截面面积为。据《后张法预应力混凝土设计手册》中3.6节，预应力总损失近似估算值，则。

根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL 5022-2012》条文7.4.12条第一款规定：仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力，预应力强度比宜取0.7，不宜超过0.75，且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4％。非预应力钢筋的截面面积最小值为，取非预应力钢筋配筋为22@150（）。

3.3.3 预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算

根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算。

预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算公式为： ，其中各参数取值如下：

；；

；，；

；

，取；

计算所得筒仓仓壁最大裂缝为0.022mm＜，满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》5.1.5条第3款要求。预应力钢绞线及非预应力钢筋余量很大，可以通过减小预应力钢绞线的截面面积及非预应力钢筋的截面面筋进行优化设计。

经优化后的预应力钢绞线及非预应力钢筋的截面面筋取值为: 预应力钢绞线为1x7@500，；非预应力钢筋为18@150，，计算所得筒仓仓壁最大裂缝为。

4. 结论

通过对圆形预应力混凝土筒仓结构设计思路及计算方法的论述及分析，并结合工程实例，简单的介绍了圆形预应力混凝土筒仓结构设计所需要遵循的设计规范，通过工程实例的优化分析，圆形预应力混凝土筒仓结构的预应力钢绞线及非预应力钢筋的配筋面积主要是有筒仓的裂缝控制等级来决定。而且通过在混凝土筒仓结构中采用无粘结预应力技术，可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力，消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小，避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀，降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。

参考文献：

[1]. GB50077-2003.钢筋混凝土筒仓设计规范[S].

[2]. GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].

[3]. JGJ 92-2004.无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].

[4]. 陶学康．后张预应力混凝土设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1996．

[5]. 贮仓结构设计手册编写组编. 贮仓结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.