筒倉國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1930年左右，我國的筒倉才開始發(fā)展，起初由于我國的筒倉技術(shù)和工藝的

不成熟，所設(shè)計的筒倉在尺寸上受到很大的限制。自 1949 年新中國建國，我國的四化建設(shè)的提出，大規(guī)模的建設(shè)促進(jìn)了筒倉的發(fā)展進(jìn)步使之技術(shù)不斷成熟，其中筒倉在化工、煤炭和建造等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。直至改革開放之時，筒倉的設(shè)計和工藝不斷進(jìn)步，應(yīng)用范圍逐步覆蓋到了飼料和輕工等行業(yè)，由于筒倉結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性在糧食行業(yè)中對筒倉的使用更為廣泛包括（儲藏、運(yùn)轉(zhuǎn)和加工）。最初， 我國設(shè)計和建造了很多各種類型的鋼筋混凝土筒倉，只因當(dāng)時我國尚未制定標(biāo)準(zhǔn)的筒倉設(shè)計規(guī)范，更多的依照他國標(biāo)準(zhǔn)，所以導(dǎo)致所建立的筒倉的安全程度和可靠程度不高。隨著我國《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范(GBJ77-85)》的頒布，改善了筒倉設(shè)計無所依的情況，之后我國的筒倉設(shè)計安全性和可靠性逐步提升。近些年， 由于改革開放的深入，我國的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，筒倉技術(shù)和工藝不斷革新，由中小型筒倉漸漸發(fā)展到了大型，在筒倉的結(jié)構(gòu)也由于普通鋼筋混凝土到了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。綜述所述，我國筒倉在技術(shù)和工藝有了長足的進(jìn)步，在實際工程中不斷的汲取教訓(xùn)總結(jié)經(jīng)驗，使得我國的筒倉技術(shù)飛速發(fā)展。

我國在國內(nèi)應(yīng)用的鋼筋混凝土筒倉中，絕大部分都是普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筒倉，其中混凝土可分為：（1）預(yù)應(yīng)力混凝土，（2）非預(yù)應(yīng)力混凝土。我國的大多數(shù)的筒倉結(jié)構(gòu)都是選取的未施加預(yù)應(yīng)力的筒倉，如果普通混凝土筒倉的直徑太大，為了使混凝土的裂縫能達(dá)到設(shè)計要求就需要加強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度同時對鋼筋數(shù)量需要提高，但是這些措施效果并不明顯。因此設(shè)計技術(shù)人員對直徑大的筒倉的混凝土施加預(yù)應(yīng)力，十分有效，但是預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉的技術(shù)和理論都還不純熟， 更多的技術(shù)需要學(xué)習(xí)，更多問題需要解決。

國內(nèi)的鋼板筒倉的應(yīng)用發(fā)展主要有以下幾個階段：（1）嘗試期，建造小型的鋼板筒倉；（2）技術(shù)引用期，引進(jìn)國外技術(shù)和理論學(xué)習(xí)之后再使用適合我國的理論技術(shù)，引進(jìn)利浦的技術(shù)和 SM 型的卷倉，我國生產(chǎn)制造出了利浦型鋼板筒倉， 之后我國又引進(jìn)了鋼筒倉的生產(chǎn)線并且學(xué)習(xí)了大量的鋼筒倉的理論、工藝、技術(shù)， 吸收并創(chuàng)新的應(yīng)用到了國內(nèi)鋼筒倉之中[8]。（3）發(fā)展期，隨著我國鋼筒倉的大量建造并投入使用，通過發(fā)現(xiàn)問題解決問題，我國的工程師總結(jié)了大量的經(jīng)驗和技術(shù)創(chuàng)新，我國的鋼筒倉在性能方面有了長足的進(jìn)步，可靠性有了很大提高。

國內(nèi)筒倉行業(yè)的設(shè)計和發(fā)展的最初階段，對于影響筒倉的各種因素考慮不十分周全，這其中以地震災(zāi)害對筒倉的安全影響最為巨大，在經(jīng)歷了地震破壞后， 通過總結(jié)經(jīng)驗，梳理技術(shù)，我國的工程師編寫了《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范》并于 2003 年頒布，其中規(guī)定了筒倉設(shè)計中防震因素。在 2001 年的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》明確要求了筒倉結(jié)構(gòu)的抗震性能，國家頒布的規(guī)范有效的提供了筒倉結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使我國的筒倉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)更加詳盡。

1.3鋼板倉風(fēng)載荷研究歷史與現(xiàn)狀

對于鋼板倉和圓柱殼結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)載荷對于其剛度和穩(wěn)定性的影響十分巨大，也正是因為這些結(jié)構(gòu)風(fēng)載致毀事件的層出不窮，國內(nèi)外學(xué)者對風(fēng)力穩(wěn)定問題給予了關(guān)注和足夠的重視，在過去的幾十年中對于該領(lǐng)域的研究十分豐富，簡單介紹如下。

在流體力學(xué)和風(fēng)載荷工程的研究領(lǐng)域中圓柱結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷以及圓柱繞流問題都是熱點。19 世紀(jì)，英國科學(xué)家 Reynolds 為流體動力學(xué)規(guī)定了許多的重要概念，奠定了以后流體對于結(jié)構(gòu)作用研究的基礎(chǔ)。1930 年，科學(xué)家 Dryden 和 Hill 針對煙囪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了風(fēng)載荷研究，分別進(jìn)行了模型試驗和現(xiàn)場的實際測試，獲得了結(jié)構(gòu)上的風(fēng)載荷的具體數(shù)值，這是最早的圓柱結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷研究[9]。

1960 年起，開始有學(xué)者關(guān)注中、低高度的圓殼結(jié)構(gòu)（如筒倉、儲罐）的風(fēng)載荷問題，那時主要依靠模型試驗的方法對該類問題進(jìn)行研究。中國科學(xué)院力學(xué)所于 1965 年用 5 萬立方米的浮頂油墻作為原型，根據(jù)相似原理進(jìn)行剛性的縮小尺寸得到模型，用此模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗，但是由于當(dāng)時的條件簡陋，風(fēng)場是按照層流進(jìn)行設(shè)置，忽略了湍流[10]。學(xué)者 Maher[11]對典型的錐頂和穹頂?shù)?/span>鋼板倉作了風(fēng)洞試驗，學(xué)者 Purdy 等人[12]針對平頂?shù)匿?/span>板倉作了風(fēng)載荷的試驗，得到了平頂儲罐的風(fēng)載荷數(shù)據(jù)。學(xué)者 Holroyd 等人[13-15]針對敞口鋼罐的風(fēng)載荷問題和空氣動力學(xué)問題作了大量的研究，覆蓋了結(jié)構(gòu)動力學(xué)、空氣動力學(xué)和一般結(jié)構(gòu)三個方面， 根據(jù)結(jié)果分析了敞口鋼罐的表面的載荷與空氣繞流性質(zhì)之間的關(guān)系，通過特定工況下得到的鋼油罐的響應(yīng)把脈動風(fēng)載荷用靜載荷表達(dá)出來。學(xué)者 Macdonald[16] 等人對不同的類型的鋼油罐進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，研究了圓柱殼部分和頂蓋部分等風(fēng)載荷。學(xué)者 Poterla 和 Godoy 等人[17-18]用美國海岸的鋼油罐當(dāng)作原型，并且進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，總結(jié)出了儲罐結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓分布的規(guī)律，根據(jù)規(guī)律模擬出圓柱殼風(fēng)壓系數(shù)的公式。學(xué)者 Sabransky 和 Melbourne 等人[19]在風(fēng)洞試驗中模擬了錐頂糧食筒倉處于開闊地的試驗，研究了兩種參數(shù)錐頂坡度以及筒倉的高徑比對筒倉結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷的影響，也把試驗結(jié)果與相關(guān)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。學(xué)者安永隼平等人[20-21]根據(jù)大量的風(fēng)洞試驗結(jié)論和數(shù)據(jù)，對高徑比在 0.25 至 1.0 的敞口形式的儲罐的風(fēng)載荷進(jìn)行考察分析，對筒倉內(nèi)外表面的風(fēng)載荷的分布規(guī)律以及風(fēng)載荷的時空相關(guān)性，使用了條件取樣的方法分析了風(fēng)載荷的瞬間特性，對研究成果進(jìn)行了試驗，對鋼筒倉的風(fēng)載荷在設(shè)計中的取值提出了建設(shè)性意見。學(xué)者陳寅等人[22] 對圓柱的筒倉進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，取得了風(fēng)壓分布的情況，然后把隨著高度變化的風(fēng)壓系數(shù)與規(guī)劃中的風(fēng)載荷風(fēng)壓系數(shù)建議值相比較，得出了規(guī)范值相對來說較為保守的結(jié)論。

隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，流體力學(xué)商用計算軟件逐漸成熟，工程師們開始采用 Fluent 等數(shù)值軟件對筒倉等圓柱殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷進(jìn)行研究。學(xué)者 Falcinelli 等人[23]對圓柱殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷數(shù)值模擬分析中忽略了地形對風(fēng)載的影響，而工程實踐中筒倉結(jié)構(gòu)所在的海拔高度對結(jié)構(gòu)上風(fēng)載大小影響明顯，與山腳相比山頂?shù)娘L(fēng)壓系數(shù)會增大而且風(fēng)載荷在筒倉圓周方向的分布規(guī)律也發(fā)生變化。學(xué)者張冬兵等人[24]針對大型的圓柱形煤筒倉的風(fēng)載荷的風(fēng)壓數(shù)值進(jìn)行了模擬，通過數(shù)值模擬與試驗結(jié)果對比，得出可以用數(shù)值模擬來準(zhǔn)確表達(dá)出這種類型結(jié)果的表面的平均風(fēng)壓，這對結(jié)構(gòu)的風(fēng)抗設(shè)計有重要的參考意義。學(xué)者呂曉東等人[24]對大型的太陽能發(fā)電煙囪結(jié)構(gòu)的平均的風(fēng)載進(jìn)行了數(shù)值模擬，取得了煙囪結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面風(fēng)壓分布的數(shù)據(jù)，并總結(jié)了風(fēng)壓規(guī)律。

在風(fēng)載科研的進(jìn)行中，許多學(xué)者考慮到了群體效應(yīng)的筒倉結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷的巨大影響，特別值得注意的是風(fēng)載荷的增大的效應(yīng)。學(xué)者 Vickery 和 Ansourian[26] 設(shè)計并進(jìn)行了一個系列的使用，系統(tǒng)的研究了三倉共線的筒倉群在正常風(fēng)環(huán)境下的筒倉結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷，分析得到在緊密的排列結(jié)構(gòu)下，筒倉結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面會有更大的入射的風(fēng)載壓力。學(xué)者 Sabransky 和 Melbourne 等人[19]對簡單排列下的筒倉結(jié)構(gòu)群風(fēng)載荷的群體效應(yīng)，這之中三個筒倉模型都位于一排，筒倉之間距離為 1.25 倍直徑，風(fēng)載荷的入射角為 0°、22.5°和 45°，試驗結(jié)果得出結(jié)論，由于筒倉之間風(fēng)載荷的干擾效應(yīng)，風(fēng)壓會有增大。學(xué)者 Macdonald 等人[27]對五個筒倉一線的筒倉群的干擾效應(yīng)進(jìn)行研究，筒倉間距由 1/8 至 3 倍變化，風(fēng)向角由 0°、20°、45°和 90°四個變化，通過數(shù)據(jù)分析總結(jié)了筒倉群結(jié)構(gòu)間距和風(fēng)向角對風(fēng)載荷的影響。學(xué)者 Portela 和 Godoy[28-29]則是對兩個不同規(guī)格的筒倉排列下的風(fēng)載荷，他們對更加復(fù)雜的排列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，其中筒倉的尺寸和間距的變化不規(guī)律。