摘要:

大型筒仓减压锥采用传统现浇混凝土方案，施工难度高，模板、脚手架耗量大，工期长，是筒仓结构施工中最头痛的难题。将大型减压锥分块预制再进行安装，降低施工难度，有效缩短施工工期。

直径大于或等于15m的水泥库和均化库，采用伊堡库的情况非常普遍。减压锥通常采用现浇整体式结构，为方便滑膜施工，一般将锥体与库壁脱开，待库壁施工完毕再从库内现浇锥体。当直径不大时，也有锥体与库壁整体现浇的情况。

下图为伊堡库减压锥立面图

根据减压锥受力特性，锥底部在物料压力下产生巨大推力，若锥体与库壁整体现浇，该推力将由设在库壁内的暗梁承担。暗梁截面为异形，配筋量非常大，一般情况下，施工完成一个环梁的工期在14天以上，即库壁滑膜在此标高处必须停留，直至环梁乃至减压锥施工完毕。水泥库一般采用多个库组合，减压锥施工将耗费更长时间。这也是多数情况下将锥体与库壁分离的原因之一。

下图为减压锥与库壁整体现浇示意图

若设计将减压锥与库壁分离，为防止锥体底部变形，将在锥底部设置一条环梁以抵抗物料压力产生的推力，仅考虑库壁支座承担竖向分力。因此库壁可以连续滑膜至库顶，尔后在库内施工减压锥及环梁。在国内，由于施工人力充足，劳动力成本较低，虽然抱怨施工难度太大，工期太长，但很多项目依旧顺利完工了，对于该设计没有人提出太多批评。

同样的设计，到了国外却遇到了巨大挑战。在我院设计的巴西某项目中，均化库为15m直径伊堡库，减压锥设计为与库壁整体现浇。根据设计图纸计算，减压锥环梁以上锥体部分混凝土方量为113m3，重量约283t。若现浇，需要模板529m2，脚手架(D48x3mm钢管)约8120m。由于当地人没有24小时连续施工的习惯，滑膜施工也仅在白天进行，施工进度非常慢。加上当地混凝土供应能力非常有限，减压锥连续浇筑混凝土不现实。在权衡利弊之后，经过搜集南美各国工程资料，对减压锥提出了革命性的改变，将减压锥分成12块预制板加一块顶部封口板，进行现场预制后拼装，并取消了国内传统设计中锥底的环梁，各预制件之间仅预埋钢板通过焊接连接。分块数量应符合计算模型，卸料孔必须在一块完整的分块上，也应考虑当地机具的吊装能力。本项目每块重量约23t，吊钩起吊高度为27m，工作半径12m，选用100T移动吊车即可满足要求。

减压锥分块预制

将原本整体现浇的锥体分块预制，从理论上降低了结构的整体性能，对结构受力特点和工作性能是否有影响呢？现浇锥体底部有环梁约束，分块预制后锥底分裂，无直接约束，是否会影响结构安全？
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在传统设计中，若减压锥与库壁分离，一般仅考虑库壁对减压锥提供竖向约束，锥底水平约束由锥底环梁提供。经分析，这种设计概念忽略了支座对锥底的摩擦力。实际工作状态下，库壁将对减压锥同时提供竖向约束和水平约束，如果水平约束达到一定大小，能够满足力三角形的平衡条件，则可等同于库壁对减压锥提供沿锥壁方向的斜向反力。如果这个条件成立，在物料压力下，减压锥将完全受压，只需对卸料口进行加强。问题的关键是找出锥底面与库壁支座处的摩擦力能否满足实际受力需求。目前库壁及减压锥一般采用C40混凝土，最低也用C30混凝土。混凝土面之间的摩擦系数可能受到表面特性影响，但根据“建筑地基基础设计规范”，混凝土对粗糙表面硬质岩石的摩擦系数可取0.65-0.75， 对于软质岩石可取0.4-0.6。“重力式码头设计施工规范”推荐混凝土表面间摩擦系数可取0.55。码头规范推介的数据适用于水下工况，而减压锥在干燥环境下工作，摩擦系数会更高。C30混凝土强度已经达到硬质岩石要求，理论上可以取0.65-0.70的摩擦系数，为稳妥起见，可以采用0.60的摩擦系数。减压锥锥角为60度，根据支座反力指向锥壁方向建立力三角形，可以推算出所需水平支座反力与竖向支座反力之比等于1:1.73。按0.60摩擦系数计算，1.73的单位竖向力可以产生1.04个单位的水平摩擦力，满足平衡要求。即减压锥直接放置在库壁水平支座面上时，锥体底部约束能够满足锥体平衡条件，使锥体处于双向轴心受压状态，锥体截面配筋均为构造钢筋。分块后环向钢筋被打断，构件之间会产生缝隙。但只要预制件几何尺寸满足精度要求，装配后构件间缝隙小于结构弹性变形范围，在压力作用下，结构通过微小变形最终形成协同工作的整体受压构件。所以保障结构安全的核心是保证预制件几何尺寸的精度以及安装定位的准确度。