超大型固廢筒倉結構設計探討

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摘要：超大型固廢筒倉的設計和制作在引入公路加筋土擋墻設計理念后可以做到構造非常簡單和廉價，可廣泛應用于各種固廢治理和生物質能源利用領域。本文將對超大型固廢筒倉體的結構強度（環(huán)筋）和豎向剛度（立筋）進行受力分析，并提出確保筒倉體結構安全的解決方案。
關鍵詞：超大型固廢筒倉 結構強度 豎向剛度
1.前言
本文所述超大型固廢筒倉容量一般在6000立方米以上，可用于儲存生活垃圾或其它固廢料，在安徽省舒城縣垃圾處理場已有實施先例，有關此項目的設計理念及現(xiàn)場照片見論文《生活垃圾分倉熟化新技術及其以污治污功效》1。
超大型固廢筒倉不僅可以實現(xiàn)生活垃圾以污治污，還能夠在其它固廢治理及生物質能源利用中得到廣泛應用，如：以秸稈和畜禽糞便為原料大規(guī)模生產沼氣和有機肥、超低價污泥干化、無滲瀝液處理垃圾填埋場、以及絕對安全可靠尾礦干化填埋場等。其中一些設計實例見《介紹三項固廢新技術》2。
固廢筒倉之所以能夠做到在具有超大容量的同時又非常廉價，其主要原因在于引入了公路加筋土擋墻的設計理念。在固廢料中設置加筋材料后就可以使作用于筒倉體的水平力大大減小，這樣筒倉體也就可以做得很薄。
本文將對如何確保筒倉體結構安全進行探討。
2.倉體結構受力分析
對任何建筑物的安全評價都會涉及到該建筑物的結構強度和剛度兩個方面。本固廢筒倉體亦不例外，倉體強度是主要針對倉體環(huán)筋而言，而倉體剛度則是主要針對倉體立筋而言。
2.1 倉體強度
倉體強度主要體現(xiàn)在：在側向水平力作用下，倉體環(huán)形鋼筋是否能夠確保不被拉斷。筒倉體所受側向水平力主要來自兩個方面：其一是由固廢料堆積產生的側壓力；其二是固廢料在發(fā)酵過程中產生的填埋氣壓力。
對于前者可在固廢料中分層設置加筋材料以消除大部分因固廢料堆積產生的側壓力。對于后者則在固廢料中設置的排氣裝置可大幅度消減填埋氣對筒倉體的側壓力，如實測筒倉內氣體壓力過高，還可以開啟引風機強制抽取填埋氣以迅速減壓。
根據實驗室鋼筋拉伸試驗圖可知：如倉體環(huán)筋采用Q235低碳鋼，則當其拉伸到達屈服極限時，其對應的延伸率約為0.1％，而當其拉伸到達強度極限時，其延伸率約為16％。一般希望控制環(huán)筋的拉伸變形在彈性變形階段，可以在若干環(huán)筋上粘貼電阻應變片觀察實測環(huán)筋的拉伸變形。故在實際應用中無須勞神計算倉體內壁受力大小，只要通過觀察倉體環(huán)筋的拉伸變形就可以把握筒倉體結構強度的安全。
2.1 倉體剛度
在進料過程中，如若筒倉內堆積的物料有高低不平，則有可能使圓形倉體在水平向產生趨于橢圓變形，這種水平向變形一般情況下是允許的，并不會對倉體結構造成破壞，所以筒倉體在水平向不存在剛度問題。
如果筒倉體豎向剛度不足的話就會產生豎向褶皺變形，具體表現(xiàn)在豎向立筋（即扁鋼帶）被壓彎，或者在兩倉體圓筒段連接處（即立筋端部）向倉體內凹進，或者向倉體外凸出。豎向褶皺變形會使筒倉體局部高度降低從而使倉體歪斜，同時也可導致倉體破損泄漏，故豎向褶皺變形是屬于結構性破壞，是絕對不允許的。