散体物料压力理论.ppt

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1、12-1 历史背景,M.S.Ketchum总结了了几个早期在欧美国家进行的实验，同时也包括他自己的几项实验。这些实验包括实验和真实的粮仓模型，但所使用的压力测试设备的灵敏度都不十分精确。在大多数情况下，这些实验都没能检测出物料在流动过程中的压力变化（高于静态值）。因此，不论是通过Janssen还是Airy方法得到的实验结果与实际中筒仓散体物料的压力值相近的结论都是不正确的。然而，尽管其中的一些实验考虑了漏斗位置的变化对于筒仓侧壁压力值的影响，但在设计中却没有针对这一影响提出解决方案。,从1940年开始，伴随着测量技术的显著进步，世界上许多国家又进行了很多精确度较高的研究。这些实验运用了先进的分

2、析方法，让人们对于筒仓散体物料在运动中的特性有了更好的理解。同时，这些新的实验也揭示了Janssen和Airy的方法并不十分准确，甚至对于静态的物料也不太实用。另外，卸料过程中的侧压力也比用他们的方法得到的结果大很多。本章，作者大致按照时间顺序总结介绍了以下几项实验。,12-2 Tachtamishev的实验,S.G.Tachtamishev因第一个运用全尺寸工业筒仓进行精确实验而成名。他揭示了在卸料过程中物料的流动类型和他们对侧压力的影响。在1938到1939年之间，S.G.Tachtamishev在Baku(USSR)进行了一系列关于散体物料的实验，他指出，在卸料过程中，筒壁的侧压力是运用

3、Janssen方法得到结果的2到3倍。,1941年，他运用混凝土筒仓又进行了砂子和小麦的卸料实验。结果表明，在卸料过程中，物料为砂子的筒壁侧压力值为静态侧压力的1.65倍，小麦的也达到了1.35倍。通过观察，他把流动分为两种基本类型。一种叫做nondynami流动（图12-1a），这种流动中，卸料口的上方形成了一个中心柱，它一直延伸到物料的顶部，物料主要沿着这个“柱子”向下流动，而周围的物料保持不动。现在这种流动被称为漏斗或者岩心流动。,第二种被称为dynami流动（图12-1b），特点是筒仓内整体物料的移动。他指出，这种流动不会发生除非当仓内大部分已经空的时候。这种流动先于第一种流动模型形成

4、。然而，过了一段时间之后，整体流动就会发生，并且仓壁物料的流动要比中心处物料的流动慢。S.G.Tachtamishev发现，第二种流动产生的侧压力要比第一种流动产生的侧压力大得多。,因为第二种流动很像液体的流动，他指出，物料和仓壁之间的摩擦系数要比第一种流动中的摩擦系数小（和大侧压力相对应）。现在，这种流动被认为是主要的流动形式。,12-3 Marel 和Ander Reimbert(法国)的实验,通过理论和实验研究，Marel 和Ander Reimbert提出了很多可供在筒仓中计算侧压力的方法（他们计算动态和静态条件下的散体物料压力方法在本书的第二章中已经介绍）。,在1941年到1943年

5、，Reimbert进行了deep-bin 模型实验。试验中采用了粘贴应变片。模型有不同的类型，尺寸和高度。他进行这个实验是在人们形成这样一种观点加强型混凝土仓（小麦仓）不能满足要求之后。竖向垂直裂缝在混凝土仓的上部壁上出现并一直延伸到卸料口处。他们得出的结论是，裂缝产生的原因是“静力学作用”，在卸料过程中该侧压力达到最大，然而，最初粮仓的设计设并未考虑该因素。然而，仓壁上部出现裂缝显得不可思议，因为尽管上部应力比设计应力较大，裂缝也不应该出现。,这些仓是根据Janssen的理论设计的。验证为了该理论，Reimbert建立了圆形料仓模型，它有两个半环状管片组成。他们依靠足以承受侧压力的背带来平衡

6、载荷，该侧压力是通过Janssen公式计算得到的。在达到物料设计高度允许值以前背带就打开了。这就表明，通过Janssen理论计算的侧压力小于实际值，他的计算结果只在静态中适用。和Janssen的理论不同，我们猜测：,1、比值,侧压力和垂直压力的比值不是固定的，是随着散料的高度和仓的形式而改变的。2、在矩形筒仓中，在同一高度，长边和短边处的平均侧压力是不相等的。3、在液压半径和深度相等的多边形和环形仓中，平均压力也是不相同的，其大小与仓的形式有关。,1943年在巴黎，Marel 和Ander Reimbert公布了上述发现，并提出了决定动态物料压力大小的新理论。从1953年后期到1954年，在R

7、eimbert的指导下，由Laboratories du Batiment et Travaux Publics进行了全尺寸的关于小麦存储仓的精确实验。该实验运用电热丝的磁带量具直接测得了仓体的环向应变。该实验采用大的钢制玉米粒，在装料的过程中没有出现问题，但在卸料过程中却突然发生了严重翘曲。为了检查修复的有效性，在装、卸料过程中增加了对仓壁应变的测量。,chateau-landon 仓实验,筒仓的容量为1000公担（100t），底为4.1m*4.1m的正方形，高10.0m。1953年9月，当11个粘贴应变片安装好之后，第一个实验就开始了。一个月之后，又开始了有14个粘贴应变片的实验。装料和卸

8、料连续进行，不间断。一夜内的时间内完成装料和卸料,通过对装料和卸料过程的对比，我们看到，在卸料过程中产生了很大的侧压力。卸料过程中压力的增长值显示了以下特征（见图12-2）。对比图12-2，我们可以看出，即便在同一仓中装着同样的物料，超压系数也是不一样的。例如，在2。2m深处，实验1和实验2 的超压系数分别为1.39和1.69。在5.2m深处，其系数又分别为1.76和2.39。这种极端的变化使我们没有机会可以去估计一个合适的超压系数值。在这些被实验的仓筒中，,它们的上半部有严重的问题被发现，这非常令那些专家疑惑，因为他们认为最大的应力应该发生在仓的底部。这些试验更加清楚的表明，在装料过程中筒壁

9、上的有规律可循的压力曲线可以通过计算得到。然而，在卸料过程中，由于物料的扰动，我们不太可能精确估计物料的特性从而来指导筒仓的设计。Reimbert指出，他们最近的多数实验都表明，通过动态系数的改变来增加侧压力值。他们已经在动态计算中引入了以下几个系数：超压系数，偏心漏斗等其他因素。,Depression柱,在小麦卸料的过程中，Reimbert提出了几种方法来阻止侧压力的增加。他们把这种方法叫做depression column 或者anti-dynamic tube。它是一根穿孔的管子，通常用钢材制成。这根管子通常布置在卸料口的上方，由料斗和筒仓顶部结构支撑。当卸料口接近或者在筒壁上的时候，它

10、通常也被布置在筒壁上。管框架布置在筒壁上可以比布置在筒中心处更好的抵抗弯曲。,通过该管卸料可以很好的实现分层卸料，物料被自上而下卸下，下部的物料保持静止。为了证明该装置在卸料过程中消除动态压力的有效性，实验采用卧式槽钢结构的实验模型和全尺寸模型。随后，Masniere的筒仓模型，为八面体，边长6.5ft，高71.5ft。电子粘贴应变片被布置在筒壁的内侧三个高程处，13ft，32.5ft和距离顶部65ft处。在这个装置中，应变片被并排布置，一个平行，一个垂直，,这样可以他们测得的结果就可以相互比较。测得的结果表明，筒仓在卸料的过程中，物料的侧压力并没有增加，这与Reimbert计算的动态结果想接

11、近。因此可以得出，在有anti-dynamic tube装置的筒仓中，物料在卸的过程中是有规律的。因此，可以根据Reimbert的理论设计出这种类型的筒仓。同时，要指出的是，depression column仅仅适用于非粘性材料。即便是对于有轻微粘性的材料也不合适。,12-4 Kim的实验（USSR）,1948到1953年之间，V.S.Kim在Soviet Union进行了很多实验模型和全尺寸模型实验，其目的是研究阻止在粮食输送过程中的筒壁裂缝。这些裂缝被认为是在卸料过程中的动态压力产生的。像他的前驱Tachtamishev一样，Kim总结了两种卸料方式：funnel和shaft type，同

12、时还有一个混合模型。,Kim在仓内外壁同时进行了观测。外侧的观测方法是：在仓壁上开了一些空洞，在这些空洞上装上玻璃片。在5个不同高度出沿着圆周分别开了4个空洞，一共20个空洞“玻璃”。内部的观察则通过人在仓内进行观察。在funnel中，当卸料时，仓壁周围的物料不会流动。而在物料的中部会形成漏斗型流动形式。透过玻璃观察到,在shaft flow中，物料大规模向下流动而不会有funnel。,这些观察的结果证明了在流动类型和物料压力之间存在着密切的关系。在shaft中才观察到有很大的压力增加。因此我们可以推断，如果我们可以发现一种能够控制物料流动的装置那么动态压力就可以避免。Kim指出，对于funn

13、el type of flow，在物料和筒壁之间的摩擦系数应该很大;也就是说，筒的内壁应该比较粗糙。此外，应该沿着仓的横截面均匀的装料。这样的话，底层的物料就会因为上层物料的挤压而变得密实。另外一个标准,是仓的高度和直径之比不应大。在浅檐仓中，他们的比值应为1.5或者更小，物料在卸料过程中会表现出funnel-like的形式。Kim相信以上描述只是为了确保筒仓中的流动为funnel，但并不是说都很可靠。他说，根据实验的结果，有两种可行的方法可以确保funnel，尽管不考虑在筒仓壁上由于流动造成的水平压力的增加。第一种方法是环状方法。这种做法是在仓内壁上几个不同高度的地方加上木质的圆环。另一种方

14、法是在卸料口的上,方设置穿孔的管子，这种方法来源于Reimberts。Kim也用方形木柱仓进行了实验。图12-4比较了通过Kim和Janssen方法得到的侧压力。这些数据是钢筋混凝土仓的模型得到的，直径24ft4in，高度69ft。在每一层每个90度设置一个粘贴应变片。曲线B是在卸料过程中粘贴应变片的数据。在每一层，水平压力都是六个连续实验中四个粘贴应变片数值的平均值。结果显示，卸料为大规模流动。曲线B,也说明，在第四层，动态压力是静态压力的1.9倍，如果以为Janssen结果（A曲线）是静态的压力。第五层的时候变成了1.75倍。C曲线表示的水平压力值是三次试验结果的平均值，实验模型是在仓内壁

15、上有三个圆环的筒仓模型，直径10ft8in。（apart）。这些平均值（funnel flow）比Janssen方法得到的结果要小。,曲线D显示的是在卸料过程中的应变片数值。筒仓的模型中在卸料口的上方有方形的木条（边长为4ft3in高为39ft4in）。卸料类型为funnel。D曲线上所有的数值都比Janssen方法的小。这些曲线显示了圆环和方形木条在卸料过程中对于侧压力减小的影响。还进行了其他一些混凝土筒仓模型实验，内直径为17ft5in，高度为108ft。图12-5显示了该实验结果和Janssen实验结果之间关于侧压力的差异。曲线B,的值是在卸料过程中得到的，是大规模流动。图线的形状表明流

16、动是不稳定的。Kim指出，在这些实验中，筒仓模型壁上的垂直裂缝达到了3/4in。曲线C显示了在同一模型中在卸料过程中的压力，区别是在内壁上安装有环状的木条。这些圆环为8ft10in.apart。这些环没有减小动态压力值。然而，在第四层和第二层压力出现了较大的增加。再一次，大规模流动模型又出现了。Kim还指出，那些木环并没有明显的使流动变为漏斗型流动。曲线D为在卸料过程中的数值，模型,中设置尺寸为3ft11in的方形木条，从卸料口到物料顶部。在这个试验中，该柱很明显的阻止了动态压力的增加，该结果与Janssen方法的结果很相近。在Kim的21ft4in为直径的模型的试验中，他用木圆环把三个模板连

17、接在一起。间距为6in*6in。圆环的宽度和筒仓的直径之比为1:43。共10ft8in，apart（筒仓直径的一半）。图12-4中曲线C显示：这些圆环很明显的使发生漏斗型,流动，而不使动态压力增加。在第二阶段的试验中，筒仓直径为17ft5in,圆环的宽度为3.25in，厚度为4.75in。环的直径和筒仓的直径之比为1:64。Again,rings were spaced at one half the silo diameter。图12-5中曲线C显示，圆环并没有减低侧压力。据观察，该流动为压力增加型的大规模流动。,相对较窄的圆环被用来解释为何他们的作用不够明显。Kim声称这是唯一的一个实验，

18、那就是圆环没有产生积极的作用效果。他相信，假设不设圆环，漏斗型流动就不会获得，而不论圆环的大小和间距。他强调，圆环不小于6in到8in，同时间距没超过仓直径的一半。,Kim发现，方格形能很有效的降低侧压力，通过在筒仓内实现人工的漏斗型流动模型。他们可以简单的理解为大仓套小仓。在装料过程中，物料在侧口装是可以同时装进筒仓和方形柱。Kim解释说，鉴于物料是在内外同时装，柱子内外部的压力是一样的。在卸料过程中，外部静态的物料在方形柱上的压力是不变的，但在内部却有动态的增加。这些内部的压力使外部离散是物料保持静止，阻止其进入下部柱子的入口处，直到柱子内部的物料高度和其周围物料的高度一致。,Kim说，筒

19、仓内壁上的裂缝宽到足以通过物料。这些裂缝已经在内部通过建立和筒壁一样厚度的墙来修复了。Kim说，正是用来阻止压力增大的圆环和方形柱导致了裂缝的产生。Kim建议的另一种解决压力增大的方法是用空隙来替代穿孔的管子。这可以通过在墙上的空隙来切成空洞，同时可以用来卸料。通过这种方式，空隙墙就会发挥反动力柱子的作用，在相邻的两筒仓之间。,Kim实验中的其他观察结果：1、装料的速度或者临时中断装料本不能从根本上影响仓体的最大压力。2、仓体中统一深度处的物料，其密度和所受压力在装料过程中要比卸料过程中大。3、粮食的密度可能会影响卸料的类型。然而，致密的物料并不一定会产生funnel flow。,4、仓壁的侧

20、压力在卸料过程中往往要比装料过程中大。5、通常，在卸料过程中，仓壁四周的侧压力是不一定的（在给定的高度）。6、仓壁上的竖向摩擦力在卸料过程中要比装料过程中大。,12-5 PETROV 和他的团队的实验(USSR),1958年，Gipro-Cement研究院的B.A.Petrov和M.P.Simasheva进行了一系列的全尺寸混凝土仓模型实验。自1951年该种类型的仓一直被用来盛放散装水泥。,侧压力大小通过粘贴在各个不同标高处的钢筋混凝土的水平粘贴应变片的伸长来决定。应变的记录数连续的，同时测量水泥的深度，在以下装载过程中：1、在装载过程中2、卸载的过程中通气3、卸料口关闭和筒仓是装满的情况下通

21、气,通气规则：压缩空气，压力大小为3kg/cm2。空气通过筒仓底部的孔注入。Akmiansk Test Silo一个有由六个单仓组成的仓群被用来进行实验。以下是几何参数：内部直径：8.1m（26.6ft）高度：16.9m（55.4ft）壁厚：18cm（7.7in）,散体水泥通过仓底部的中心的卸料口下料。6个测量点被布置在距离仓底4.9m高的仓壁上，另外，在7.25m处也布置一个监测点。图12-6曲线显示的是Akmiansk仓壁上根据不同的装载情况测得的侧压力，包括以下几个位置：4.9m,6m，8m，10m和12m。在松软条件下散水泥的比重为1150kg/cum（公斤每立方米）。在之后密度变为1

22、450kg/cum，在震动压实之后密度又变为1730kg/cum。,Oktiabr Test Silo,Oktiabr仓是一排有4个混凝土单仓组成的群仓。其中最后一个仓被用来进行实验，其规格如下：仓内壁直径：10m仓高：25m筒仓壁厚：20cm,卸料口在仓底部以上1m的仓壁上。粘贴应变片沿着仓壁四周分别在9个标高处安置（每隔2到3m一个），同时，在仓底部也有。另外，仓内水泥的温度也被时刻记录。,图12-7（a,b）的曲线显示的是Oktiabr实验所得的，在装料和卸料过程中仓壁的侧压力。图12-7(a)为沿垂直方向的水平压力大小，图12-7(b)水平方向压力的变化，位置上在底部4.5m处。同时，

23、为了对比，对应地也画出了通过Janssens公式算得的静态压力值。也标出了运用苏联标准而设计的压力值。对于Oktiabr实验，我们得到，水泥的初始松散密度为1050 kg/cum，固结后密度1430 kg/cum，震动压实后密度为1650 kg/cum。,通过这个实验，Petro和他的同事们得到以下结论：1、在仓被装满的时候，深度为24M处仓壁的实际侧压力是通过Janssen公式得到结果的1.4到1.6倍。2、During side withdrawal，压力陡增，达到了Janssen公式计算结果的1，5到2.2倍。3、在装料过程中，水泥在仓壁的压力在任一标高处都是无规律的。但是，在某些情况下

24、，在卸料的过程中，其压力基本符合某种规律。,依据他们实验，他们建议针对中心卸料方式的仓，应在仓下部2/3高度内采用超压系数为2.0，而卸料口在仓壁上的超压系数为2.2。而对于上部1/3的高度建议采用的超压系数为1.5。这些超压系数适用于Janssen方法理论，容重为1600 kg/cum的物料，休止角为30度的物料。,12-6 PLATONOV AND KOVTUN实验(USSR)9,1959年，P.Platonov和A.Kovtun公布了他们关于谷料仓的一些实验成果，同时介绍了关于计算仓壁压力的方法。实验分别在三个混凝土谷物仓上进行，一个在Nikolaevo市，另一个在Odessa,第三个在

25、Novorossiysk。三个试验中所采用的物料均为小麦。表12-1给出了实验的相关数据。,竖向和水平向压力在装料和卸料的过程中都被测量且自动记录。图12-8表示的是实验测得的侧压力和竖向力，一个是在装料过程中，另一个是在卸料过程中。在Odessa的实验图中也给出了通过Janssen公式计算的压力曲线。观察发现，在装料过程中，随着物料高度的增加压力也随之增加，最终达到一个极限值。正如图12-8所示，装料过程中的实际的压力值比Janssen公式算的的结果要稍大。,然而，随着卸料口的开放，竖向和侧向压力也是变化的。卸料刚一开始，水平压力就开始陡增，同时产生振动。仓壁上产生的振动最为明显，仓中心的振

26、动减弱。在卸料过程中，记录的最大压力值是Janssen公式的2.32（Nikolaevo），2.13（Odessa）和2.1（Novorossiysk）倍。实验同时也表明，竖向压力也比Janssen公式计算的结果大约25%。,通过他们的实验，P.Platonov和A.Kovtun解释了谷物料在装料和卸料过程中的特性，如下：在装料过程中，例如筒仓的装料过程中，太难，未翻译剩下的。,12-7 PIEPER AND WENZEL实验,在German Commission for Industrial Standards的要求下，DRS.KLAUS和Frite Wenzel进行了关于筒仓压力的一系列实

27、验。他们的研究于1963年结束，成为了德国筒仓的基本规范，发表于1964年。,实验的筒仓模型为直径23.6in，高度121in的钢板仓，实验用的物料为谷料和砂子。仓内壁通过在其表面粘贴砂纸以使其粗糙。以下为从他们的实验中得到的结论：1、在卸料过程中，记录最大侧压力比装料过程中大79%。2、装料速度的大小对侧压力的变化影响不大。3、物料为谷料或者砂子时，卸料速度的大小对于侧压力没有影响。4、内壁光滑的筒仓所受的侧压力要比内壁粗糙的大。,5、同时装料和卸料的仓壁侧压力与单纯卸料时所受侧压力基本相同。6、当卸料终止的时候，测得的瞬时动态压力值保持不变，且超过15小时。7、系数k=水平压力/竖向压力（

28、a）Janssen公式中假设：k=(1-sin)/(1+sin)=Rankine方程结果的动态压力是不正确的，因为，Rankine方程适应于在压力作用下仓壁移动。（b）材料的k值在静止或者动态过程中是和earth pressure at rest 不一致的。,（c）在卸料过程中，k值是增加的，测得的结果为0.7到1.35。8、仓壁侧压力因为卸料口的偏心而有很大的变化，且通常比卸料口在中心处的压力值要大。9、物料和仓壁之间的摩擦系数主要取决于物料和仓壁的粗糙程度。10、在装料或者静止过程中，休止角要比卸料过程中大。,通过实验研究，Pieper和Wenzel得出两个筒仓中计算压力的公式：一个用于计

29、算装料过程的压力（竖向最大压力），另外一个计算卸料时的压力（最大侧压力）。他们的理论，被德国筒仓规范采纳，在本书第二章中提及。图12-9的压力曲线来源于直径为60cm的钢板仓实验。实验物料为1到2mm的石英砂，卸料口的直径为12mm。,为了研究偏心卸料在卸料和装料时对压力影响，以及仓壁粗糙程度、时间等等因素，在1960年，K.Pieper和K.Wager在德国Braunschweig大学另外一系列复杂实验。为了进行这些实验，设计了两种筒仓模型。一个是边为700mm700mm，高5m，仓壁由40片互相连接的管片组装而成（见图12-10）。每片之间的支撑力可以被测量，通过校准可以达到的误差为3%。

30、同时，也可以精确测得每一片管片上的荷载。,实验者称，这种模型可以很好的适用于研究散体物料的特性，筒仓的粗糙因素，装料和卸料速度，卸料口的位置和形状大小（形状可以通过插入小单元来实现改变）。第二个实验，用于实验粉状物料。壁厚很薄，直径800mm，高度5.8m的铝质筒仓。内壁光滑，压缩空气系统允许气动流量和混合。该装置用来很多数量的线性粘贴应变片。第一个实验中测量精确度不是很精确，误差限为10。,研究发现，从实验中得到的数据可以直接运用到实际中，而不需要再进行任何校准。,粗糙度的影响,墙的角度摩擦系数在一个很大的范围内变化，不论仓在动态还是静态。在动态状态下相当小。和卸料过程的影响相比，仓壁的粗糙

31、程度对于的影响可以说是微不足道的。因此，在德国规范中，仅仅与物料的休止角有关系。实验还表明，摩擦角，装料过程时候为0.75，卸料这个动态过程中为0.6,系数k的影响,根据Janssen的理论，k假定为：k=(1-sin)/(1+sin)，是主动土压力系数的相关系数。这一公式在材料静止时是不正确的。在卸料过程中k值接近0.5。德国规范取1.0，及时因为深度增加而导致压力也增加。,装料和卸料的影响,研究发现在筒仓模型试验中，对称的卸料、装料速度以及出料口位置对仓壁压力的影响几乎没有。因此推论，在实际中也无影响。储料深度超出直径两倍的筒仓，其偏心卸料试验表明最大压力与出料口在同一侧；另一侧仓壁上的压

32、力与中心卸料情况下的压力相同。,图12-11到图12-20显示的是不同开口类型筒仓侧压力的变化值试验模型仓为立方体，物料直径为3到5mm，根据出料口的类型和数量，偏心卸料的压力值比中心卸料的压力值大约40%。图12-21表示的是中心卸料的各种流动类型和可能的盈利几种位置。,浅沿仓的加载试验,1981年，Pieper和Stamou进行了一些列试验，主要研究浅沿仓在中心装、卸料和偏心装、卸料过程中物料在仓壁上的压力值计算方法。试验的筒仓为直径996mm，高2m，厚度为10mm的钢板仓。浅沿仓的底部有三个50cm2卸料口，一个,在底部中心，一个在仓壁上，一个在在这两者之间。在仓底部的仓壁上有一个大小

33、为100cm2的卸料口。每个卸料口都一个特殊的，可以移动的盖子。压力的测量通过五个不同的标高处安置粘贴应变片，在每一个标高处都沿圆周布置数个应变片。试验用的物料为硬小麦和石英砂（3到5mm）。粘贴应变片是为了测得水平压力和仓壁摩擦力。试验对粗糙和光滑的仓壁都进行了试验，以下是加载时的条件：,1、在装料过程中（卸料口关闭）2、中心卸料过程中3、在通过偏心卸料口-仓壁和中心的那个卸料口-卸料的过程中4、在靠近仓壁的卸料口卸料的过程中5、在仓壁卸料口的卸料过程中,图12-22到图12-29表示仓壁摩擦力荷载（v）和侧压力（P）在拥有中心卸料口的装卸料过程中的大小。这些数据还与德国粮仓规范计算的结果进

34、行了对比，物料的特性如下：石英砂：r=15.9kN/m3；k=0.41光滑仓壁，=0.6粗糙仓壁，=0.77小麦：r=9kN/m3；k=0.48光滑仓壁，=0.4粗糙仓壁，=0.6,图形显示，测得和计算的数据是不言自明的。它表示，偏心卸料导致不稳定的侧压力和仓壁的荷载。不均匀的水平压力导致水平和竖向弯矩，导致箍筋拉伸。非均匀的水平荷载导致仓壁上出现剪力。图12-30显示的是在仓壁上的卸料口处进行偏心卸料时不同位置处的侧压力，物料为小麦。图12-31表示的是石英砂在该种试验中的数据。在同一标高且低标高处卸料时侧压力的减小比装料时的要少。仓壁的光滑程度，物料的类型和储藏深度对荷载类型的作用影响不够

35、明显。,偏心卸料的影响,前沿仓的偏心卸料试验发现，不同的偏心卸料其导致的压力值变化很大，尤其是储料深度是筒仓直径的2倍左右时这种现象更为明显。这种情况下，卸料口一侧的侧压力要比装料时的小。当物料深度大于两倍直径时，压力的增大十分明显，尤其是在卸料口一侧。,在卸料口一侧最需要考虑的不是其压力的增加，而是其变化。正是这种变化导致了水平和竖向出现弯矩。在设计仓壁的时候必须考虑偏心卸料，以提供充足的强度满足纯拉伸的情况。Colijn和Perschl提供了一种考虑该问题的方式。,12-8 MARTENS 试验（德国）,1966年到1967年，在Braunschweig和德国，Peter和Martens进

36、行了一个试验，为了研究充气、气动卸料和均匀化卸料的作用。试验用的筒仓为直径80cm,高度5.5m的钢板仓。总共进行了163个试验，试验的物料有石英砂，沙子，大麦，小麦，石灰粉，水泥粉，小麦粉，试验的结果如下：,水平压力，p,1、与单纯自动卸料过程中相比，小麦和大麦运用气动卸料在仓的底部产生了很大的侧压力。较大的侧压力在总高度为5.5m的筒仓的底部1到2m处出现。2、在物料为粉状，例如水泥、石灰岩粉和小麦粉等，其侧压力与储藏的时间有关。在装料结束后压力达到最大，随着时间的推移压力增大是速度变缓。过12个小时后基本达到稳定。图12-32显示的是随着时间的变化其侧压力p和墙壁摩擦力的变化v。,3、图

37、12-33表示的是粉状物料气动卸料时对侧压力的影响。为了对比，其他情形的侧压力值也表示了出来。有趣的是，不同的粉物料在气动卸料时有不同的表现，尽管在气动卸料时他们都有侧压力的增加。4、同质化存储物料对与侧压力的影响在图12-34到图12-36中显示。试验表明，侧压力随着储藏深度的变化线性变化。另外，物料的行为向液体一样，密度小于没有气动的物料。Martens给出了计算侧压力的理论值，其根据深度Y的变化公式如下：,Py=（1-n）（r-r1）Y（12-1）其中：r-材料密度r1-空气密度n-材料空隙石灰岩粉末，n=0.459水泥粉,n=0.405小麦粉,n=0.486这些试验结果与德国规范计算的

38、记过十分相符，德国规范规定，均质仓中侧压力的计算公式为：Py=0.6Ry（12-2）,墙壁摩擦力 V,1、在Martens的试验中，充气后压力没有激烈的变化。2、粉状物料对于仓壁摩擦力的影响如下：装料后的瞬间，石灰岩粉末和水泥粉对于仓壁是摩擦力在仓底部的值要比上部的值大。随着时间的增加，在储藏高度的下部1/3处摩擦力减小，在上部2/3处增大。,3、在气动装石灰岩粉末和水泥的过程中，墙壁的摩擦力也基本相似，变化也不明显。4、和预期一样，均质仓中仓壁摩擦力基本为零。,竖向压力 P,1、对于充气物料，竖向压力与材料种类无关，但与空气的数量有关。2、和装料之后相比，粉状物料的气动卸料对于竖向压力有减小

39、作用。3、在均质物料仓中，因为仓壁摩擦力几乎为零，所以竖向荷载是线性的。底部压力 qb,1、充气卸料产生的底部压力要比自然卸料产生的侧压力大。然而，子装料过程中，底部荷载一般都较大。2、气动过程卸粉状物料，例如水泥粉石灰岩粉和小麦粉等物料时，其底部压力一般比装料时小。3、在均质试验中，底部压力等于物料的总重。,12-9 JOACHIM HIERLEINS 试验,在1970年初，作为Jaichim Hierlein 在德国Karlsruhe大学的博士论文内容，他研究了双中心卸料口的筒仓试验.他测得了规则和非规则卸料和装料过程的相关数据。试验采用实验室模型，双中心卸料口筒仓采用有机玻璃做成。外部筒

40、仓直径为800mm，壁厚10mm；内部筒仓直径200mm，壁厚4mm，每个仓的高度为2.1m。物料为3-5mm的砂子。,试验测得的数据在以下条件下得到：1、物料静止（无流动）2、物料在一个卸料口流出，在内外筒仓之间的卸料口3、物料在两个截然相反的卸料口流出，在内外仓壁之间。4、物料在四个卸料口流出，在内外仓壁之间，每个90度一个卸料口。,在卸料过程中，在卸料口形成了一个漏斗型流动类型。这个流动在达到两个仓壁之间后扩大。然后在反方向慢慢拉长，形成一个豆荚形状。图12-37到图12-50显示的是针对1个、2个、3个和4个卸料口时，在内外仓壁上物料的流动类型和侧压力。以下结论来源于这些试验结果：（1

41、）在装料过程中，没有规律可循（2）在卸料过程中，在流动区域处物料的荷载，水平压力在外壁上大，在内壁上小。在流通区域外围，摩擦力减少了侧压力。结论大致可归纳如下：,（a）水平压力P。仓外壁上的侧压力是不均匀的，尤其是在四个卸料口同时打开的卸料过程中。整个内壁上受到非均匀的压力。一个和其相反面卸料口同时打开时产生了极大的压力。在打开两个相反出料口的时候，在流动区有4.4倍的压力。当四个相邻90度出料口打开时，最大侧压力产生于两个相反的出料口之间。,（b）摩擦力，V，墙壁摩擦系数。摩擦系数随着圆周发生变化。试验发现，在物料静止时，其变化范围是0.56到0.6；在流量范围内为0.43；在不确定范围内为

42、0.32到0.40。（c）系数k。表12-3表示的是系数K的变化情况。,开关,在双中心筒仓中，在物料通过多出料口时，开关发生在仓底部以上的位置，约为仓壁直径的3.0到4.5倍。开关压力在两仓壁上的压力都大。和传统的流动压力相比，开关压力在内壁上的压力的150%到550%；外壁上位100%到350%，在流量范围内。,双中心仓的安全性,1、在卸料过程中，两个相反出料口的安排导致内壁上出现最大压力。压力幅度为单个中心卸料导致压力的3.6倍；假设水力半径为仓直径一半的压力的2.4倍。这种压力，和流动的最小压力一样，在水平方向导致了极大的弯矩产生。,2、每个90度布置一个开关的仓在同时打开时，开关发生了

43、其等于仓直径的3倍。在内壁上测得的压力为拥有一个偏心卸料口压力的4.4倍，或者为水力半径等于仓高一半的压力的3.3倍。要相对大。A-3处计量器显示压力特别大。,12-10 G.P.DEUTSCH和他的合作者的实验,在1967年，G和D发表的他们在实验室筒仓实验室实验的结果，他们研究在流出时沙的流体形式。他们建议一种形式如12-51，描述四种明显的流动部分。对于最初的材料，在不牢固的区域，在空着时表面保持平坦直到外界的影响，在管子破裂点上，导致压力区域。,对于最初的材料，在更紧密的区域，D和C描述了流动现象如下：中心的管子迅速破裂通过器皿的顶部表面，这个表面形成圆锥形的压力在一个静止的自然地角度

44、。在这个阶段，在墙壁的材料没有移动。短时间后，当顶部表面移动一点，标准的基本的流动形式，包括流动区域的塞子出现。在1968年，G和L发表他们他们在筒仓模型实验的结果。筒仓，高12ft，直径2.5ft，特别设计的装置，复杂的装置。储存材料是好的沙子。这些实验结果被指出：,侧面的超出压力在材料收回和在管子区域里四倍的静态压力一样高。在不流动区域，压力高于静态压力的六倍。高的超出压力在不流动区域没被发现，因为不流动区域的材料缓和筒仓的冲击防止超出压力的影响。,12-11 KVAPIL的研究（瑞典）,R在1960S在流动区域的形成实验导致一个结果，有两个基本运动区域，如下：第一和第二个区域发生和EG，

45、基本的椭圆体区域，包含没有流动的区域。两个区域继续发展以一个特殊的常量率为1:1.5知道EN已经到达表面。K建议这些区域的表面依靠材料的性能，然后，试着证明了这个特别的依靠。,被这个区域限制的这个流动材料经常被描述在文献里作为漏斗或者核心流体。如果漏斗斜坡被选择来作为比墙体摩擦的角度更大，整个仓排空是可能的。K的实验也阐明了大量的流动。大量的流动发生在椭圆体EG的边界。当第一次进出立体形式被要求，必须画仓椭圆体的高等线；也就是，构造相当高的底部带有适当斜坡的漏斗。,12-12 LENCZNER的流动实验,1963年，D对沙子做出了流动测试在一个半圆柱状的，直径250mm的筒仓模型。L用沙子装满

46、了他的模型，通过一个恒定的305mm的大的过滤漏斗。它的流动测试在12-54总结。,漏斗或者核心流动的现象被L描述如下：最初的排放完全依赖材料的立即疏松，形成表面和中心管。管稳步前进上升，直径少量的增长直到它达到装填物的上部表面，圆锥的压力构成。在这期间，自由表面的边缘没有落下。达到这个顶点，所有的流出材料来自于中心管容积的减少。随后，随着洼地达到筒仓壁核心，直径增加。表面的直径近似于它的静止和动态的自然角度，从核心到达流动管的中心。,12-13 KOTCHANOVA的物料流动实验,J对豌豆、玉米、小麦和混合做了测试，利用逼真的技术导致流动样式在12-55.颗粒材料移动的两种形式遵循：均匀运动

47、。筒仓的管部分的材料像两个颗粒间无联系的运动。,剪切运动。筒仓的低处的不同速率的运动，一个区域的剪切。当表面的边缘下降到H的高度，一个漏斗出现在表面。从不均匀的增加得出这个结果流动分析，当从一致的移动到剪切运动改变。K填充方法或最初密度的方法。,12-14 SUGITA的实验,在1970S早期M和他的同事做出两种测试形式：一种是在工业筒仓判断筒仓壁的压力，另一种是实验室模型筒仓测试流动样式。,壁的压力测试,这个实验被做在具体的筒仓，直径为7ft高24.2ft和混凝土漏斗。漏斗底部中心直径为450mm的开口。测试点被放置在筒仓的一个直线上如12-56所示。图表类型压力表被用来测试压力，八个污染计

48、接近每个图表。12-57表明压力数据组件。筒仓总的容量是760t小麦，这些材料用于这些测试。,在筒仓进行两种测试。在每种测试中，在填充和收回过程中记录的压力，当筒仓达到它的最大容积。在第一个测试中填充和排空率是40T/h，在第二个测试中是50t/h。S的观察报告如下：1、在填充过程中，压力缓慢增加。压力增长率在低测试点减少，压力变的不明显到一个限制值。2、当筒仓被填满，大约6.5h，有不重要的压力值，表明在较高部分减少趋势和在料斗壁增加趋势。,3、在流出过程中，三个明确的分析压力时期是明显的，如12-58所示。解释如下（a）所有的测量点表明在第一阶段压力的分析变化，几乎所有的计量器显示出最大值

49、。在垂直壁上的低洼出，最大分析压力值是34倍。在料斗里，压力迅速改变为静态值的2/3。,（b）在第二阶段，分析压力值低，类似在容器里有一个稳定材料流动模式。在第三个低的垂直的壁上，强大的动力变量继续存在。这个量的波动是大的，偶尔一些测试点表明在这个条件下的最大运动压力。在别的测试点，压力变化近似，低于静态值。（c）在第三阶段，容器空了一半之后，测试的压力低于垂直壁的1/3，变现不出最大值。在这种情况下，压力在减少到0之前缓慢增加。,12-15 MCCABE的流动实验,为了研究偏心卸料在卸料和装料时对压力影响，以及仓壁粗糙程度、时间等等因素，在1960年，K.Pieper和K.Wager在德国B

50、raunschweig大学另外一系列复杂实验。,为了进行这些实验，设计了两种筒仓模型。一个是边为700mm700mm，高5m，仓壁由40片互相连接的管片组装而成（见图12-10）。每片之间的支撑力可以被测量，通过校准可以达到的误差为3%。同时，也可以精确测得每一片管片上的荷载。实验者称，这种模型可以很好的适用于研究散体物料的特性，筒仓的粗糙因素，装料和卸料速度，卸料口的位置和形状大小（形状可以通过插入小单元来实现改变）。,第二个实验，用于实验粉状物料。壁厚很薄，直径800mm，高度5.8m的铝质筒仓。内壁光滑，压缩空气系统允许气动流量和混合。该装置用来很多数量的线性粘贴应变片。第一个实验中测量