發(fā)布時(shí)間：2016-08-04 09:51

第一章  緒     論

1.1  概  述
我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年都要生產(chǎn)和儲(chǔ)備大量的糧食，而我國物流行業(yè)的發(fā)展還不是很完善，不能滿足糧食的及時(shí)配送，所以需要大量的糧庫解決糧食的儲(chǔ)存問題，同樣的問題也出現(xiàn)在煤炭、水泥、輕工業(yè)等領(lǐng)域。鋼筋混凝土淺圓倉（見圖 1）是一種直徑在 25m 以上，裝糧高度在 12m 以上的具有圓筒狀倉體和錐形頂蓋的糧食儲(chǔ)存構(gòu)筑物。它具有占地面積小，易于機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)，流通費(fèi)用低，噸儲(chǔ)物造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)[1]，在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 筒倉結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)良的工作性能、較高的性價(jià)比，在工程領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。近些年，隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，筒倉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)日趨成熟，在航空航天、航海船運(yùn)、石油化工、發(fā)酵工程、物料和糧食等行業(yè)的需求愈加廣泛，促使科研工作者對(duì)這類結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深入的研究，較大程度的避免結(jié)構(gòu)的失效和事故的發(fā)生。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，大容積、大噸位筒倉的需求量不斷增加，工作條件也越來越復(fù)雜。這就給筒倉的設(shè)計(jì)和研究提出了更高的要求，在設(shè)計(jì)筒倉的過程中要考慮更多的環(huán)節(jié)，從載荷、邊界條件、施工技術(shù)等進(jìn)行更為深入的研究[2]。 本文依托于國家自然科學(xué)基金《基于裝卸料過程能量轉(zhuǎn)換的筒倉動(dòng)態(tài)超壓機(jī)理研究》（批準(zhǔn)號(hào)：51578216），對(duì)鋼筋混凝土筒倉在滿倉狀態(tài)下的倉壁可靠性進(jìn)行了分析。 
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1.2  研究背景及意義 
我國人口是世界上最多的國家，也是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年需要消費(fèi)和貯存大量的糧食，因此需要建筑大量的糧倉。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示我國不包括民間儲(chǔ)糧數(shù)量，每年國家與省級(jí)的糧食儲(chǔ)備數(shù)量就有  1.85  億噸[3]。為了改善我國糧食的儲(chǔ)備環(huán)境，保證糧食儲(chǔ)備的安全，國家曾在“九五”、“十五”期間投放國債  343  億，建設(shè)了總儲(chǔ)量  5000  多萬噸的糧倉，很好的改善了我國糧食儲(chǔ)存的環(huán)境，降低了儲(chǔ)糧的損耗率[4]。  隨著國家對(duì)糧食儲(chǔ)備的投入，筒倉的應(yīng)用取得了較快的發(fā)展。傳統(tǒng)的筒倉主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，主要應(yīng)用于糧食、物料、發(fā)酵、冶煉等方面。由于筒倉料荷載的復(fù)雜性很多筒倉在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)物料荷載考慮不足，加之受當(dāng)時(shí)施工及經(jīng)濟(jì)條件的限制，相當(dāng)數(shù)量的筒倉存在設(shè)計(jì)不足、施工不當(dāng)?shù)葐栴}，使其安全性難以得到保證[5]。并且早期建設(shè)的筒倉由于經(jīng)歷結(jié)構(gòu)老化、鋼筋繡蝕、功能改變、地震作用等原因，在使用過程中原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷、混凝土剝落、裂縫過大以及承載力不足等問題而不再滿足正常使用要求或存在較大隱患，世界上很多國家都出現(xiàn)過大量筒倉倉體破裂或倒塌的事故[6]。如在  1964  年美國的  Alaska  地震發(fā)生時(shí)，由于地震載荷引起多起筒倉容器破壞、失效事故。1997 年法國布雷市的筒倉發(fā)生倒塌，造成 11 人死亡[7]（圖 1-2），幾乎在同時(shí)瑞士一農(nóng)場(chǎng)的筒倉發(fā)生倒塌[8]。在國內(nèi)，1998 年 9 月 1 日天水市糧食一庫 7 號(hào)鋼筒倉突然倒塌造成二死三傷，共約 130 多萬元損失的重大事故[9]；2006 年 4 月 1 日，山東省滕州市東郭鎮(zhèn)山東恒仁工貿(mào)有限公司淀粉廠(民營)一儲(chǔ)糧鋼板筒倉發(fā)生崩裂坍塌事故，造成10 人死亡、3 人受傷使國民經(jīng)濟(jì)蒙受了巨大的損失。這引起了世界各國政府及許多科研機(jī)構(gòu)的重視，于是大量的科學(xué)工作者開始對(duì)筒倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究。正是這種工程應(yīng)用的需求，迫使筒倉的設(shè)計(jì)方法和理論基礎(chǔ)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。 
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第二章  結(jié)構(gòu)可靠度的基本原理 

2.1  概  述 
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是要保證所建造的結(jié)構(gòu)安全適用，并且要經(jīng)濟(jì)合理。具體到結(jié)構(gòu)可靠性方面，一般說來，結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)需滿足下列各項(xiàng)預(yù)定功能要求。 在規(guī)定的期限內(nèi)，在正常施工和使用情況下，結(jié)構(gòu)能承受可能出現(xiàn)的各種作用(指直接施加于結(jié)構(gòu)上的荷載及間接施加于結(jié)構(gòu)的引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因)；在偶然事件(如爆炸、罕遇地震、強(qiáng)風(fēng)等)發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)發(fā)生局部損壞，但不致出現(xiàn)整體破壞和連續(xù)倒塌,仍能夠保持必需的整體穩(wěn)定性。在正常使用情況下，，結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能。如結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因發(fā)生過大的變形、裂縫或振動(dòng)，而影響正常使用，所以需要對(duì)變形、裂縫寬度等進(jìn)行必要的控制。在正常使用和維護(hù)情況卜，結(jié)構(gòu)應(yīng)能在預(yù)計(jì)的使用年限內(nèi)滿足各項(xiàng)功能要求具有足夠的耐久性。如在化學(xué)的、生物的或其他不利環(huán)境因素作用下，不致因混凝土的老化、腐蝕或鋼筋的銹蝕等影響結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至失效。 所以，安全性、適用性、耐久性統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。顯然,采用加大構(gòu)件截面、增加配筋數(shù)量、提高材料性能等措施，總可以滿足上述功能要求，但這將導(dǎo)致材料浪費(fèi)、造價(jià)提高、經(jīng)濟(jì)效益降低。一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)做到保證結(jié)構(gòu)既安全可靠，同時(shí)又經(jīng)濟(jì)合理，即用較經(jīng)濟(jì)的方法來保證結(jié)構(gòu)的可靠性，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則。結(jié)構(gòu)可靠性的研究,就是圍繞“完成預(yù)定功能的能力”而開展的，因?yàn)檠芯俊澳芰Α眴栴}必然涉及到“規(guī)定時(shí)間”和“規(guī)定條件”，最后對(duì)各種功能的“能力”必須給出恰當(dāng)?shù)臄?shù)量化指標(biāo)。 
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2.2  結(jié)構(gòu)可靠性理論基礎(chǔ) 
結(jié)構(gòu)在使用期間的工作情況，稱為結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。結(jié)構(gòu)能夠滿足各項(xiàng)功能要求而良好地工作，稱為結(jié)構(gòu)“可靠”。如內(nèi)力不超過結(jié)構(gòu)的抗力，裂縫寬度、變形不超過影響使用的容許值。反之稱為結(jié)構(gòu)“失效”。結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)是處于可靠還是失效的標(biāo)志用“極限狀態(tài)”來衡量。所謂極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處于失效邊緣的一種狀態(tài)，亦即在這種狀態(tài)一下，結(jié)構(gòu)恰好達(dá)到設(shè)計(jì)要求的某種功能極限。極限狀態(tài)是區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)為可靠與失效的標(biāo)志，對(duì)于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)明確規(guī)定其標(biāo)志及極值。 承載能力極限狀態(tài)直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全與否，結(jié)構(gòu)全部或部分的破壞或倒塌，都會(huì)導(dǎo)致人員的傷亡或嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件都必須按照承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，且要求其出現(xiàn)的失效概率相當(dāng)?shù)�，保證具有足夠的可靠度。 超過這種極限狀態(tài)會(huì)使結(jié)構(gòu)不能正常工作,使結(jié)構(gòu)的耐久性受到影響。和承載能力極限狀態(tài)相比，超過這一極限狀態(tài)導(dǎo)致人員傷亡的危險(xiǎn)性和造成經(jīng)濟(jì)損失的產(chǎn)重性要小一些，因而在可靠性的保證程度上可以稍低一些。 
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第三章  筒倉側(cè)壓力概率統(tǒng)計(jì)分析 ....... 22 
3.1  概  述 .... 22 
3.2  筒倉側(cè)壓力計(jì)算公式 ..... 22 
3.2.1 Janssen 公式 .......... 22 
3.2.2 Airy 理論 ...... 22 
3.2.3  中華人民共和國國家規(guī)范公式 GB50077-2003 ...... 23 
3.2.4  淺圓倉側(cè)壓力計(jì)算公式 ........ 25 
3.3  筒倉側(cè)壓力實(shí)驗(yàn)介紹 ..... 28 
3.4  側(cè)壓力概率統(tǒng)計(jì)分析 ..... 29 
3.4.1  基于試計(jì)比的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理 ......... 29 
3.4.2   基于 K-S 法的筒倉側(cè)壓力概率分布統(tǒng)計(jì) ..... 34 
3.5  本章小結(jié) ....... 39 
第四章  筒倉側(cè)壁可靠度分析 ...... 40 
4.1  概  述 .... 40
4.2  筒倉構(gòu)件抗力不確定性統(tǒng)計(jì)分析 ............ 40 
4.3  功能函數(shù)的建立 .... 44 
4.4  可靠度分析 ............ 45
4.5  本章小結(jié) ....... 49 
第五章  結(jié)論與展望 .... 50 
5.1  本文主要工作及結(jié)論 ..... 50 
5.2  進(jìn)一步研究建議 .... 50 

第四章  筒倉側(cè)壁可靠度分析 

4.1  概  述

前面幾章介紹了以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法的基本原理和采用可靠指標(biāo)作為可靠度數(shù)值度量的計(jì)算方法，以及荷載的概率統(tǒng)計(jì)分析。從理論上講只要已知抗力及作用效應(yīng)的有關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，即可按指定的可靠度指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)或進(jìn)行可靠度校核。 本章分析介紹了鋼筋混凝土筒倉構(gòu)件的抗力不確定性，以河南省鄭州市鄭東新區(qū)河南國家糧食儲(chǔ)備庫第 29 號(hào)淺圓倉為研究對(duì)象，以圓形筒倉倉壁在糧食水平側(cè)壓力的作用下產(chǎn)生環(huán)向拉力的設(shè)計(jì)值為理論依據(jù)，建立極限狀態(tài)函數(shù)，采用一次二階矩法計(jì)算不同部位的可靠度指標(biāo)。鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要由鋼筋和混凝土兩種材料構(gòu)成。就受力特點(diǎn)而言，主要為側(cè)壁環(huán)向受拉、受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件等。當(dāng)我們對(duì)構(gòu)件進(jìn)行抗力分析時(shí)，需要條件完全相同的一批構(gòu)件的抗力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)組成的樣本。但這樣做需要消耗大量的人力物力，且很難達(dá)到目的。比較合適的就是應(yīng)用某種間接方法求得代表該類型構(gòu)件的抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)，即先對(duì)影響抗力的各種主要因素分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，然后通過抗力與各有關(guān)因素的函數(shù)關(guān)系，來推求抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布類型。 

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結(jié)論 

本文介紹了常用的筒倉側(cè)壓力計(jì)算公式，接著在對(duì)側(cè)壓力的統(tǒng)計(jì)分析中為了將實(shí)際筒倉側(cè)壁壓力歸一化，引入無量綱隨機(jī)變量試計(jì)比λp，通過對(duì)試計(jì)比λp 的平均值、偏差、變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析。進(jìn)而得到了側(cè)壓力的概率分布狀況，以及其平均值、偏差、變異系數(shù)；分析鋼筋混凝土筒倉構(gòu)件的抗力不確定性，然后以圓形筒倉倉壁在糧食水平側(cè)壓力的作用下產(chǎn)生環(huán)向拉力的設(shè)計(jì)值為理論依據(jù)，建立了承載能力極限狀態(tài)的功能函數(shù)；采用可靠度理論的一次二階矩法以河南國家糧食儲(chǔ)備庫第 29號(hào)淺圓倉為對(duì)象對(duì)其進(jìn)行了可靠度校核。通過以上的研究工作，得到以下結(jié)論： 
(1)  在分析鋼筋混凝土筒倉的可靠度時(shí)，采用概率統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)筒倉側(cè)壓力的均值、偏差、變異系數(shù)、概率分布函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。   
(2)  在對(duì)筒倉側(cè)壁壓力的樣本統(tǒng)計(jì)時(shí)，將實(shí)際筒倉側(cè)壁壓力歸一化，引入無量綱隨機(jī)變量試計(jì)比，并對(duì)試計(jì)比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析從而間接推導(dǎo)出側(cè)壓力的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。對(duì)試計(jì)比的概率分布類型進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，首先假設(shè)其服從正態(tài)分布，用矩法對(duì)其均值和方差進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，采用 K-S 法對(duì)其概率分布類型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果接受原假設(shè)。 
(3)  把可靠度理論引入到大直徑鋼筋混凝土淺圓倉的設(shè)計(jì)中，以圓形筒倉倉壁在糧食水平側(cè)壓力的作用下產(chǎn)生的環(huán)向拉力設(shè)計(jì)值為理論依據(jù)，推導(dǎo)出承載能力極限狀態(tài)方程。并采用一次二階矩法對(duì)大直徑鋼筋混凝土淺圓倉壁進(jìn)行可靠度校核，結(jié)果表明其滿足可靠性要求。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：84470