大直径气膜穹顶球仓的煤炭储运结构

技术领域

本发明属于储煤建筑工程技术领域，涉及一种大直径气膜穹顶球仓的煤炭储运结构。

背景技术

气膜钢筋混凝土薄壳穹顶仓是一种新型大跨度空间结构形式，混凝土薄壳尚未推广是因为施工上存在两个技术问题：一方面，混凝土薄壳结构模板施工的难度大，该种模板的施工造价高；另一方面，施工后拆除的模板很难再重复利用，既耗费大量的人力物力，又对环境造成了一定的损害，经济效益不明显。因此，随着钢结构网架和桁架体系的应用，新建的混凝土薄壳结构就很难适应当前的要求了。

气膜钢筋混凝土穹顶仓的出现是以气膜材料作为永久的模板定型，喷射混凝土形成的大跨度薄壳球形结构。喷射混凝土不像传统的浇筑混凝土需要通过振捣来使混凝土密实，而是借助于特定的喷射机械，利用空气压力将混凝土高速喷射到受喷面上，在短暂的时间内凝结硬化而形成混凝土结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种大直径气膜穹顶球仓的煤炭储运结构，解决了现有技术用于煤炭的储存及运输，存在的配煤不方便不精准的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种大直径气膜穹顶球仓的煤炭储运结构，包括环形基础，环形基础的上端面固定连接有环形墙，环形墙的上端面固定连接有气膜仓壁，气膜仓壁的上端面固定连接有气膜穹顶，气膜穹顶的顶部中心部位开有输入口，沿着输入口的周围固定安装有环梁，环梁向上与仓上钢结构对应固定连接，仓上钢结构对外与水平输送设备连接对接；在环形基础的下部沿直径方向并排设置有多道的暗道，在所有暗道的上方设置有井字形分布的漏斗；每一个漏斗的漏斗口均配置有一台振动给煤机，漏斗的漏斗口下方同时配置有传送带。

本发明的大直径气膜穹顶球仓的煤炭储运结构，其特征还在于：

环形基础沿径向的宽度尺寸为2.8～4米、沿垂直方向的厚度尺寸为1～1.5米。

暗道两端均设置有洞口，每一个暗道与环形基础的仓壁衔接位置均设置有变形缝。

漏斗的主体部分为填料，填料分为两层，内层为水泥砂土，表层为泡沫混凝土。

气膜仓壁为变截面，由低至高仓壁厚度由0.78～1.1米至0.28～0.35米、并且按照每隔1.2～1.5米的区段逐步变小。

气膜穹顶为旋转曲面。

传送带各自配置有带式输送机。

本发明的有益效果是，包括以下几个方面：

1)节能环保，建筑美观，占地面积小；吹膜后续所有工序都在仓内进行，施工对于周边环境影响小，受天气季节的影响较小；煤仓内部不需要推土机辅助作业，减少了粉尘爆炸隐患的发生，安全性高，自动化水平高，生产运营费用低。

2)采用环形条形基础，不同于传统意义的筏板基础及箱型基础，大大节省基础的工程量。

3)结构体型决定了受力本质，穹顶与拱不同在于，在圆周方向上也具有抵抗变形的能力。

4)球形仓来煤自仓顶单点落料入仓，仓下设16～20台振动给煤机及转载带式输送机，联合完成原煤外运。

5)设备互为备用，漏斗确保仓内无死角，不堵煤，确保系统连续运营。

附图说明

图1是本发明大直径气膜穹顶球仓结构的整体示意图；

图2是本发明大直径气膜穹顶球仓结构的输入设备示意图；

图3是本发明大直径气膜穹顶球仓结构的布置剖视图一；

图4是本发明大直径气膜穹顶球仓结构的布置剖视图二；

图5是本发明大直径气膜穹顶球仓结构的底部布置平面图。

图中，1.环形基础，2.环形墙，3.暗道，4.填料，5.漏斗，6.气膜仓壁，7.气膜穹顶，8.仓上钢结构，9.振动给煤机，10.带式输送机，11.环梁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2、图3、图4，本发明的结构是，包括环形基础1，环形基础1的上端面固定连接有环形墙2，环形墙2的上端面固定连接有气膜仓壁6，气膜仓壁6的上端面固定连接有气膜穹顶7，气膜穹顶7的顶部中心部位开有输入口，沿着输入口的周围固定安装有环梁11，环梁11向上与仓上钢结构8对应固定连接，仓上钢结构8对外与水平输送设备连接对接；在环形基础1的下部沿直径方向并排设置有多道的暗道3，在所有暗道3的上方设置有井字形分布的漏斗5，漏斗5的主体部分为填料4，填料4的表面设置有涂层；每一个漏斗5的漏斗口下方(或漏斗口旁边)配置有一台振动给煤机9，漏斗5的漏斗口下方同时配置有传送带，传送带各自配置有带式输送机10。

本发明的结构设置及构建方式如下：

A)环形基础1，作为整体结构的基础，沿径向的宽度尺寸为2.8～4米、沿垂直方向的厚度尺寸为1～1.5米；球仓整体基底下的接触应力分布规律为基础接触应力呈马鞍形分布，环形基础范围的基底反力的分布呈现外大内小的分布规律，沉降呈现出内侧大于外侧的蝶形沉降分布规律。

B)环形墙2设置在环形基础1的上端面与气膜仓壁6下端面之间，采用传统支模板浇筑混凝土的施工工艺制作而成。

C)参照图5，从环形基础1的仓壁中穿有3～5条钢筋混凝土的暗道3，每一个暗道两端均设置有洞口，暗道两端在仓壁总共开有6～10处洞口。每一个暗道3与环形基础1的仓壁衔接位置均设置有变形缝，相当于将各个暗道3与主结构脱开，便于拆装暗道3。位于中间的两条暗道3因上部储料的堆积压力更大而采用反拱式圆形暗道建造方式，有效降低了弯矩。每一条暗道3都相当于是独立的结构单元，承受上部堆煤的荷载，相当于布置成拱形箱型基础，暗道3的壁厚为800～900mm，所有暗道3采用C30～C40型抗渗混凝土，根据不同的堆煤高度采用不同厚度的拱形结构。

D)待暗道3施工完毕后，在相邻的暗道3之间以及每条暗道3与环形基础1之间采用填料4进行回填。回填材料采用水泥砂土填料以及泡沫混凝土填料，回填后形成漏斗的填料分为两层，内层为2：8水泥砂土，质量密度为1600kg/m3，弹性模量按水泥与砂土的占比等效取值为0.456×109MPa；表层为泡沫混凝土，质量密度不超过1400kg/m3，弹性模量为1.28×109MPa。与传统材料不同，水泥砂土填料的密实性更好，抗压及抗剪强度更高；泡沫混凝土的填料自重较轻，抗压及抗剪强度高，以此形成牢靠的漏斗5。

E)参照图3、图4，漏斗5利用填料4自身的重量及强度，回填制作成漏斗形状。整个漏斗5的漏斗口呈井字形均匀设置有16～20个，每一个漏斗口的下方对应配置有一台振动给煤机9，每个漏斗口均配置预埋有一个空气炮瓦斯管。煤料漏下过程中，振动给煤机9和空气炮瓦斯管协同工作，彻底解决了现有技术的漏斗易堵仓的问题；并且，所有漏斗5与煤仓是封闭形式，杜绝了空气从下面的进入，解决了煤仓内部燃料煤易氧化的问题，还可杜绝火灾隐患。

F)圆筒形的气膜仓壁6安装在环形墙2上端面，气膜仓壁6由外向内依次由充气膜、聚氨酯泡沫以及喷射混凝土层(内壁)组成；考虑到不同堆煤高度仓壁侧压力的变化，依据其受力特点对于仓壁堆煤段采用了变截面设计，由低至高仓壁厚度由0.78～1.1米至0.28～0.35米、并且按照每隔1.2～1.5米的区段逐步变小，以此来适应气膜仓壁6的环向拉应力及径向压应力由下自上逐渐变大，竖向应力几乎均为压应力，均小于混凝土自身抗压强度。气膜仓壁6采用气膜喷射混凝土制作而成，喷射混凝土强度等级为C35，采用HRB400级钢筋，充气膜采用厚度不小于1.0mm聚酯纤维PVC膜材。

G)气膜穹顶7搭接在气膜仓壁6上端面，气膜穹顶7的顶部中心设置有环梁11，气膜穹顶7及环梁11的混凝土强度等级为C35；环梁11的直径为6～8米(指的是环梁轴线的尺寸)，外环梁宽度为600～800mm(环梁轴线的尺寸，厚度就是穹顶的厚度)。

H)仓上钢结构8采用圆筒形钢框架结构，通过外包式刚性柱脚与气膜穹顶7顶部的环梁11固定连接，每个柱脚的外包混凝土高度为2.5倍的钢柱高度(钢柱与混凝土的连接方式采用外包式柱脚，柱脚的外包混凝土高度为2.5倍钢柱尺寸)，保证上部钢柱向外包混凝土及穹顶传递内力；钢结构的强度等级为Q235B及Q355B。

本发明装置的工作原理是：

a)该球仓属于大直径浅仓，直径为54m-66m，以环形受拉抵抗变形；环形基础1、环形墙2及气膜仓壁6各自整体浇筑，气膜仓壁6利用环形基础1与地基接触面较大，整体球仓的稳定性较好。

b)漏斗5及其填料4采用轻质的泡沫混凝土，泡沫混凝土容重不大于14kN/m3，抗拉强度设计值应大于0.7MPa，抗压强度设计值应大于1.5MPa，泡沫混凝土的强度通过计算能满足设计强度的要求，泡沫混凝土重度轻可以减小暗道3的顶部荷载，减小暗道3的地基反力，能够降低地基处理难度。

c)堆煤产生的内部储料荷载施加于漏斗5，漏斗5及填料4作为最先受力部分，现有的仓漏斗与仓壁整体连接，内部储料是通过筒仓的漏斗壁，边环梁与仓壁整体相连作为一个整体受力；而本发明球仓结合工程特点通过填料4自身的重量及强度，回填成漏斗5的形状，这种布置方式可承受一定的压力，再传导至球仓仓壁；漏斗5外层自身刚度不大，仅作为填料4的保护层。

d)气膜仓壁6考虑到不同堆煤高度仓壁侧压力的变化，依据其受力特点对于仓壁堆煤段采用变截面设计，由低至高仓壁厚度由0.78～1.1米至0.28～0.35米每隔1.2～1.5米的区段逐步变小。

e)气膜穹顶7是旋转曲面，采用穹顶壳体代替传统的平板屋盖形式。首先，从外观造型来看形态优雅，气膜穹顶7兼具建筑功能及生产功能，不仅提供了建筑空间而且扩大了储料的储存空间；其次，从材料而言，采用了C30～C35喷射混凝土制作，充分利用材料的强度承受巨大的压力，把穹顶受到的压力均匀地分散，又由于混凝土材料受压大于受拉，使得结构受力与材料特性浑然天成；再次，由于气膜穹顶7外形的体型优势，解决了风雪水等外部结构维护的种种问题；更加重要的是，气膜穹顶7利用结构自身的空间形状，不仅节约了材料成本，同时还使得结构自身的承载能力大幅提高。

f)以往球仓穹顶的仓上建筑与仓体穹顶的连接方式是在仓上框架结构柱作用的横纵方向设置矩形加劲肋，加劲肋的强度等级为C30，这样容易在矩形的四角也就是柱脚处产生应力集中。考虑到这种受力特性，对穹顶的结构从方案布置阶段就采取最为合理的结构布置来改变力流的路径，从而使穹顶的受力更加合理。本发明的仓上建筑结构与以往球仓穹顶设计的改进表现在三个方面：一是采用仓上圆柱体的环梁11与下部圆柱体的环形基础1呼应；二是仓上钢结构8采用钢框架结构，明显减轻向气膜穹顶7传递的竖向荷载；三是仓上钢结构8的施工在地面组装后整体吊装到位，施工更加便捷。

本发明大直径气膜穹顶球仓的煤炭储运结构的工作过程是：

输入面煤：关闭振动给煤机9和空气炮瓦斯管，启动外部煤场的水平输送设备，将面煤通过仓上钢结构8从气膜穹顶7顶部的输入口落入漏斗5上面，依次堆积，直至堆满气膜穹顶球仓的内部空间；

储存面煤：保持振动给煤机9和空气炮瓦斯管关闭状态，同时，保持气膜穹顶7顶部的输入口自然通气；

输出面煤：启动振动给煤机9和(或)空气炮瓦斯管，同时启动带式输送机10，漏斗5的漏斗口下方各个传送带相应运动，将漏斗5的漏斗口漏下的面煤输送出去。

实施例1

本发明实施例1的结构是，包括环形基础1，环形基础1的上端面固定连接有环形墙2，环形墙2的上端面固定连接有气膜仓壁6，气膜仓壁6的上端面固定连接有气膜穹顶7，气膜穹顶7的顶部中心部位开有输入口，沿着输入口的周围固定安装有环梁11，环梁11向上与仓上钢结构8对应固定连接，仓上钢结构8对外与水平输送设备连接对接；在环形基础1的下部沿直径方向并排设置有多道的暗道3，在所有暗道3的上方设置有井字形分布的漏斗5，漏斗5的主体部分为填料4，填料4的表面设置有涂层；每一个漏斗5的漏斗口下方旁边配置有一台振动给煤机9，漏斗5的漏斗口下方同时配置有传送带，传送带各自配置有带式输送机10。

上述的本发明装置储运面煤，各处的记录数值如下：环形基础1的最大直径54m，环形基础1的径向宽度为2.8米、厚度为1.0米；从环形基础1的仓壁中穿有三条钢筋混凝土的暗道3，暗道3两端在仓壁总共开有六处洞口，暗道3均为拱形箱型基础，暗道3的壁厚为800mm，采用C30型抗渗混凝土制作，漏斗口共设置有16个，每一个漏斗口的下方对应配置有一台振动给煤机9；气膜仓壁6由低至高的仓壁厚度由0.78米至0.28米、并且按照每隔1.2米的区段逐步变小。气膜穹顶7由C30喷射混凝土制作而成，气膜穹顶7的顶部的环梁11的直径为6米，外环梁宽度为600mm。

本实施例1采用的环形基础，不同于传统意义的筏板基础及箱型基础，大大节省了基础的工程量；以环形受拉抵抗变形，环形基础1与气膜仓壁6整体浇筑，气膜仓壁6利用环形基础1与地基接触面较大，球仓的整体稳定性较好。实施例1的装置在试用阶段，正常储煤循环使用一年后，检测本发明整体结构及内部储煤的性能指标，结果显示，本发明整体结构所有部位没有出现裂纹、变形的损坏情形，内部的储煤没有任何物化性能的不良变化，储存状态良好，完全符合设计的质量要求。

实施例2

本发明实施例2的结构是，包括环形基础1，环形基础1的上端面固定连接有环形墙2，环形墙2的上端面固定连接有气膜仓壁6，气膜仓壁6的上端面固定连接有气膜穹顶7，气膜穹顶7的顶部中心部位开有输入口，沿着输入口的周围固定安装有环梁11，环梁11向上与仓上钢结构8对应固定连接，仓上钢结构8对外与水平输送设备连接对接；在环形基础1的下部沿直径方向并排设置有多道的暗道3，在所有暗道3的上方设置有井字形分布的漏斗5，漏斗5的主体部分为填料4，填料4的表面设置有涂层；每一个漏斗5的漏斗口下方旁边配置有一台振动给煤机9，漏斗5的漏斗口下方同时配置有传送带，传送带各自配置有带式输送机10。

上述的本发明装置储运面煤，各处的记录数值如下：环形基础1的最大直径66m，环形基础1的径向宽度为3.8米、厚度为1.5米；从环形基础1的仓壁中穿有四条钢筋混凝土的暗道3，暗道3两端在仓壁总共开有八处洞口，暗道3均为拱形箱型基础，暗道3的壁厚为900mm，采用C35型抗渗混凝土制作，漏斗口共设置有20个，每一个漏斗口的下方对应配置有一台振动给煤机9；气膜仓壁6由低至高仓壁厚度由1.1米至0.35米、并且按照每隔1.5米的区段逐步变小。气膜穹顶7的顶部的环梁11的直径为8米，外环梁宽度为800mm；气膜仓壁6采用气膜喷射混凝土制作而成，考虑到不同堆煤高度仓壁侧压力的变化，依据其受力特点对于仓壁堆煤段的采用变截面设计，气膜仓壁6的环向拉应力及径向压应力由下自上逐渐变大，竖向应力几乎均为压应力，均小于混凝土自身抗压强度。球形仓来煤自仓顶单点落料入仓，所有的振动给煤机9及转载的带式输送机10联合完成原煤外运。实现快速配煤，设备互为备用，漏斗确保仓内无死角，不堵煤，确保系统连续运营。

实施例2的装置在试用阶段，正常储煤循环使用一年后，检测本发明整体结构及内部储煤的性能指标，结果显示，本发明整体结构所有部位没有出现裂纹、变形的损坏情形，内部的储煤没有任何物化性能的不良变化，储存状态良好，完全符合设计的质量要求。

实施例3

本发明实施例3的结构是，包括环形基础1，环形基础1的上端面固定连接有环形墙2，环形墙2的上端面固定连接有气膜仓壁6，气膜仓壁6的上端面固定连接有气膜穹顶7，气膜穹顶7的顶部中心部位开有输入口，沿着输入口的周围固定安装有环梁11，环梁11向上与仓上钢结构8对应固定连接，仓上钢结构8对外与水平输送设备连接对接；在环形基础1的下部沿直径方向并排设置有多道的暗道3，在所有暗道3的上方设置有井字形分布的漏斗5，漏斗5的主体部分为填料4，填料4的表面设置有涂层；每一个漏斗5的漏斗口下方旁边配置有一台振动给煤机9，漏斗5的漏斗口下方同时配置有传送带，传送带各自配置有带式输送机10。

上述的本发明装置储运面煤，各处的记录数值如下：环形基础1的最大直径62m，环形基础1的径向宽度为3.5米、厚度为1.2米；从环形基础1的仓壁中穿有五条钢筋混凝土的暗道3，暗道3两端在仓壁总共开有十处洞口，暗道3均为拱形箱型基础，暗道3的壁厚为850mm，采用C40型抗渗混凝土，漏斗口共设置有20个，每一个漏斗口的下方对应配置有一台振动给煤机9；气膜仓壁6由低至高仓壁厚度由1.0米至0.35米、并且按照每隔1.2米的区段逐步变小。气膜穹顶7的顶部设置的环梁11的直径为7米，外环梁宽度为900mm。气膜穹顶7是旋转曲面，采用穹顶壳体代替传统的平板屋盖形式，气膜穹顶7是C35喷射混凝土组成，充分利用材料的强度承受巨大的压力，把受到的压力均匀地分散，又由于混凝土材料受压大于受拉，使得结构受力与材料特性浑然天成；气膜穹顶7利用结构自身的空间形状，不仅仅节约材料成本，同时还使得结构自身的承载能力大幅提高。

实施例3的装置在试用阶段，正常储煤循环使用一年后，检测本发明整体结构及内部储煤的性能指标，结果显示，本发明整体结构所有部位没有出现裂纹、变形的损坏情形，内部的储煤没有任何物化性能的不良变化，储存状态良好，完全符合设计的质量要求。