超大型固废筒仓结构设计探讨

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摘要：超大型固废筒仓的设计和制作在引入公路加筋土挡墙设计理念后可以做到构造非常简单和廉价，可广泛应用于各种固废治理和生物质能源利用领域。本文将对超大型固废筒仓体的结构强度（环筋）和竖向刚度（立筋）进行受力分析，并提出确保筒仓体结构安全的解决方案。
关键词：超大型固废筒仓 结构强度 竖向刚度
1.前言
本文所述超大型固废筒仓容量一般在6000立方米以上，可用于储存生活垃圾或其它固废料，在安徽省舒城县垃圾处理场已有实施先例，有关此项目的设计理念及现场照片见论文《生活垃圾分仓熟化新技术及其以污治污功效》1。
超大型固废筒仓不仅可以实现生活垃圾以污治污，还能够在其它固废治理及生物质能源利用中得到广泛应用，如：以秸秆和畜禽粪便为原料大规模生产沼气和有机肥、超低价污泥干化、无渗沥液处理垃圾填埋场、以及绝对安全可靠尾矿干化填埋场等。其中一些设计实例见《介绍三项固废新技术》2。
固废筒仓之所以能够做到在具有超大容量的同时又非常廉价，其主要原因在于引入了公路加筋土挡墙的设计理念。在固废料中设置加筋材料后就可以使作用于筒仓体的水平力大大减小，这样筒仓体也就可以做得很薄。
本文将对如何确保筒仓体结构安全进行探讨。
2.仓体结构受力分析
对任何建筑物的安全评价都会涉及到该建筑物的结构强度和刚度两个方面。本固废筒仓体亦不例外，仓体强度是主要针对仓体环筋而言，而仓体刚度则是主要针对仓体立筋而言。
2.1 仓体强度
仓体强度主要体现在：在侧向水平力作用下，仓体环形钢筋是否能够确保不被拉断。筒仓体所受侧向水平力主要来自两个方面：其一是由固废料堆积产生的侧压力；其二是固废料在发酵过程中产生的填埋气压力。
对于前者可在固废料中分层设置加筋材料以消除大部分因固废料堆积产生的侧压力。对于后者则在固废料中设置的排气装置可大幅度消减填埋气对筒仓体的侧压力，如实测筒仓内气体压力过高，还可以开启引风机强制抽取填埋气以迅速减压。
根据实验室钢筋拉伸试验图可知：如仓体环筋采用Q235低碳钢，则当其拉伸到达屈服极限时，其对应的延伸率约为0.1％，而当其拉伸到达强度极限时，其延伸率约为16％。一般希望控制环筋的拉伸变形在弹性变形阶段，可以在若干环筋上粘贴电阻应变片观察实测环筋的拉伸变形。故在实际应用中无须劳神计算仓体内壁受力大小，只要通过观察仓体环筋的拉伸变形就可以把握筒仓体结构强度的安全。
2.1 仓体刚度
在进料过程中，如若筒仓内堆积的物料有高低不平，则有可能使圆形仓体在水平向产生趋于椭圆变形，这种水平向变形一般情况下是允许的，并不会对仓体结构造成破坏，所以筒仓体在水平向不存在刚度问题。
如果筒仓体竖向刚度不足的话就会产生竖向褶皱变形，具体表现在竖向立筋（即扁钢带）被压弯，或者在两仓体圆筒段连接处（即立筋端部）向仓体内凹进，或者向仓体外凸出。竖向褶皱变形会使筒仓体局部高度降低从而使仓体歪斜，同时也可导致仓体破损泄漏，故竖向褶皱变形是属于结构性破坏，是绝对不允许的。