第一章  緒     論

1.1  概  述
我國是個農(nóng)業(yè)大國，每年都要生產(chǎn)和儲備大量的糧食，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配送，所以需要大量的糧庫解決糧食的儲存問題，同樣的問題也出現(xiàn)在煤炭、水泥、輕工業(yè)等領域。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存構筑物。它具有占地面積小，易于機械化、自動化作業(yè)，流通費用低，噸儲物造價低等優(yōu)點[1]，在各個領域有著廣泛的應用。 筒倉結構由于其優(yōu)良的工作性能、較高的性價比，在工程領域得到了較為廣泛的應用。近些年，隨著工程技術的不斷發(fā)展，筒倉結構的設計和施工技術日趨成熟，在航空航天、航海船運、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，促使科研工作者對這類結構進行更深入的研究，較大程度的避免結構的失效和事故的發(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雜。這就給筒倉的設計和研究提出了更高的要求，在設計筒倉的過程中要考慮更多的環(huán)節(jié)，從載荷、邊界條件、施工技術等進行更為深入的研究[2]。 本文依托于國家自然科學基金《基于裝卸料過程能量轉(zhuǎn)換的筒倉動態(tài)超壓機理研究》（批準號：51578216），對鋼筋混凝土筒倉在滿倉狀態(tài)下的倉壁可靠性進行了分析。 
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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，也是個農(nóng)業(yè)大國，每年需要消費和貯存大量的糧食，因此需要建筑大量的糧倉。據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示我國不包括民間儲糧數(shù)量，每年國家與省級的糧食儲備數(shù)量就有  1.85  億噸[3]。為了改善我國糧食的儲備環(huán)境，保證糧食儲備的安全，國家曾在“九五”、“十五”期間投放國債  343  億，建設了總儲量  5000  多萬噸的糧倉，很好的改善了我國糧食儲存的環(huán)境，降低了儲糧的損耗率[4]。  隨著國家對糧食儲備的投入，筒倉的應用取得了較快的發(fā)展。傳統(tǒng)的筒倉主要以鋼筋混凝土結構為主，主要應用于糧食、物料、發(fā)酵、冶煉等方面。由于筒倉料荷載的復雜性很多筒倉在設計時對物料荷載考慮不足，加之受當時施工及經(jīng)濟條件的限制，相當數(shù)量的筒倉存在設計不足、施工不當?shù)葐栴}，使其安全性難以得到保證[5]。并且早期建設的筒倉由于經(jīng)歷結構老化、鋼筋繡蝕、功能改變、地震作用等原因，在使用過程中原有結構產(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，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），幾乎在同時瑞士一農(nóng)場的筒倉發(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)濟蒙受了巨大的損失。這引起了世界各國政府及許多科研機構的重視，于是大量的科學工作者開始對筒倉結構進行深入的研究。正是這種工程應用的需求，迫使筒倉的設計方法和理論基礎有了長足的發(fā)展。 
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第二章  結構可靠度的基本原理 

2.1  概  述 
結構設計的主要目的是要保證所建造的結構安全適用，并且要經(jīng)濟合理。具體到結構可靠性方面，一般說來，結構在預定的使用期限內(nèi)需滿足下列各項預定功能要求。 在規(guī)定的期限內(nèi)，在正常施工和使用情況下，結構能承受可能出現(xiàn)的各種作用(指直接施加于結構上的荷載及間接施加于結構的引起結構外加變形或約束變形的原因)；在偶然事件(如爆炸、罕遇地震、強風等)發(fā)生時和發(fā)生后，結構發(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，，結構具有良好的工作性能。如結構或構件因發(fā)生過大的變形、裂縫或振動，而影響正常使用，所以需要對變形、裂縫寬度等進行必要的控制。在正常使用和維護情況卜，結構應能在預計的使用年限內(nèi)滿足各項功能要求具有足夠的耐久性。如在化學的、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構的使用壽命，甚至失效。 所以，安全性、適用性、耐久性統(tǒng)稱為結構的可靠性。顯然,采用加大構件截面、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，但這將導致材料浪費、造價提高、經(jīng)濟效益降低。一個好的設計應做到保證結構既安全可靠，同時又經(jīng)濟合理，即用較經(jīng)濟的方法來保證結構的可靠性，這是結構設計的基本準則。結構可靠性的研究,就是圍繞“完成預定功能的能力”而開展的，因為研究“能力”問題必然涉及到“規(guī)定時間”和“規(guī)定條件”，最后對各種功能的“能力”必須給出恰當?shù)臄?shù)量化指標。 
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2.2  結構可靠性理論基礎 
結構在使用期間的工作情況，稱為結構的工作狀態(tài)。結構能夠滿足各項功能要求而良好地工作，稱為結構“可靠”。如內(nèi)力不超過結構的抗力，裂縫寬度、變形不超過影響使用的容許值。反之稱為結構“失效”。結構的工作狀態(tài)是處于可靠還是失效的標志用“極限狀態(tài)”來衡量。所謂極限狀態(tài)是指結構或結構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，結構恰好達到設計要求的某種功能極限。極限狀態(tài)是區(qū)分結構工作狀態(tài)為可靠與失效的標志，對于結構的各種極限狀態(tài)，均應明確規(guī)定其標志及極值。 承載能力極限狀態(tài)直接關系到結構的安全與否，結構全部或部分的破壞或倒塌，都會導致人員的傷亡或嚴重的經(jīng)濟損失，所以所有結構和構件都必須按照承載能力極限狀態(tài)進行設計計算，且要求其出現(xiàn)的失效概率相當?shù)�，保證具有足夠的可靠度。 超過這種極限狀態(tài)會使結構不能正常工作,使結構的耐久性受到影響。和承載能力極限狀態(tài)相比，超過這一極限狀態(tài)導致人員傷亡的危險性和造成經(jīng)濟損失的產(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  筒倉側壓力概率統(tǒng)計分析 ....... 22 
3.1  概  述 .... 22 
3.2  筒倉側壓力計算公式 ..... 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  淺圓倉側壓力計算公式 ........ 25 
3.3  筒倉側壓力實驗介紹 ..... 28 
3.4  側壓力概率統(tǒng)計分析 ..... 29 
3.4.1  基于試計比的現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理 ......... 29 
3.4.2   基于 K-S 法的筒倉側壓力概率分布統(tǒng)計 ..... 34 
3.5  本章小結 ....... 39 
第四章  筒倉側壁可靠度分析 ...... 40 
4.1  概  述 .... 40
4.2  筒倉構件抗力不確定性統(tǒng)計分析 ............ 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 ....... 49 
第五章  結論與展望 .... 50 
5.1  本文主要工作及結論 ..... 50 
5.2  進一步研究建議 .... 50 

第四章  筒倉側壁可靠度分析 

4.1  概  述

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

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結論 

本文介紹了常用的筒倉側壓力計算公式，接著在對側壓力的統(tǒng)計分析中為了將實際筒倉側壁壓力歸一化，引入無量綱隨機變量試計比λp，通過對試計比λp 的平均值、偏差、變異系數(shù)等統(tǒng)計參數(shù)的統(tǒng)計分析。進而得到了側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件的抗力不確定性，然后以圓形筒倉倉壁在糧食水平側壓力的作用下產(chǎn)生環(huán)向拉力的設計值為理論依據(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備庫第 29號淺圓倉為對象對其進行了可靠度校核。通過以上的研究工作，得到以下結論： 
(1)  在分析鋼筋混凝土筒倉的可靠度時，采用概率統(tǒng)計的方法對筒倉側壓力的均值、偏差、變異系數(shù)、概率分布函數(shù)進行統(tǒng)計。   
(2)  在對筒倉側壁壓力的樣本統(tǒng)計時，將實際筒倉側壁壓力歸一化，引入無量綱隨機變量試計比，并對試計比進行統(tǒng)計分析從而間接推導出側壓力的統(tǒng)計規(guī)律。對試計比的概率分布類型進行假設檢驗，首先假設其服從正態(tài)分布，用矩法對其均值和方差進行參數(shù)估計，采用 K-S 法對其概率分布類型進行檢驗，結果接受原假設。 
(3)  把可靠度理論引入到大直徑鋼筋混凝土淺圓倉的設計中，以圓形筒倉倉壁在糧食水平側壓力的作用下產(chǎn)生的環(huán)向拉力設計值為理論依據(jù)，推導出承載能力極限狀態(tài)方程。并采用一次二階矩法對大直徑鋼筋混凝土淺圓倉壁進行可靠度校核，結果表明其滿足可靠性要求。 
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參考文獻(略)

本文編號：84470