固体料仓

JB/T 4735.3─XXXX 《固体料仓》 标准释义

引言

固体料仓是储存固体松散物料的容器，它区别于储存气体、液体的容器。气体和液体在常温的自然状态下是无形的物质，松散的固体物料在自然状态下有堆积形态。气体充满于所储存的容器内，以自身的压力对整个容器壁产生作用力。液体盛装在容器里，对液面以下的容器壁，以液柱的静压对不同高度的壁面产生不同的作用力。松散的固体物料盛装在容器里，对物料面以下的容器壁，产生垂直压力、水平压力、在物料流动的情况下对壁面还产生摩擦力。所以设计固体料仓时除要考虑容器的共性外还要考虑到它的特殊性。

在古代，生产力发展到一定水平后，首先是稻谷、小麦、大豆等粮食类松散粒状固体物料要进行储存，人们用苇席编制、陶制、木制、砖木混制的各种容器、仓体等来储存多余的粮食。而后随着生产力的飞速发展，科学、技术的进一步提高，除对粮食类物料外，对建筑材料中的沙石、水泥，及各种工业原料和产品等需要进行储存、配用，需要储存的松散固体物料的种类越来越多。特别是粮食、水泥、煤炭成为料仓中储存的松散固体物料品种中最多的品种。制造料仓的材料也随之出现了钢筋混泥土、钢材、铝材、复合材料制等多种材质。仓体的形状也更多样化，出现了圆形、方形、矩形、星形、蜂窝形以及组合式等各种储存料仓，同时还产生了管风琴式、内置多卸料管式等均化料仓。物料的输送方式和输送量也发生了巨大的变化，料仓的容积也越来越大，出现了上万立方米容量的特大型料仓。料仓也成为一种具有独特用途和结构的设备。

料仓（bin，bunker）的种类繁多，其结构和制造工艺也相差甚远，其中金属制料仓具有占地面积小，具有先进的装、卸料工艺，机械化程度高，能保证储存的物料的质量等优点，成为工业用料仓中的一个不可缺少的设备。本标准并未将所有料仓都包括在内，只涉及适用于石油、化工、化纤的工业用的金属制圆筒形料仓（也称筒仓，silo），以及能盛装在用金属制料仓里的，如粮食、建筑用物料用的料仓。因此标准中所考虑到的料仓是储存固体松散物料的料仓，其形状为圆筒形，料仓顶部为拱顶形或锥顶形，仓筒为圆筒形，料仓底部为仓壳锥体（hopper，英文有时也指斗仓、料斗）形。结合我国实际情况，本标准对这些料仓做出了限制和规定。

构成料仓壳体的受力元件由仓壳顶、仓壳圆筒、和仓壳锥体组成。仓壳顶和仓壳圆筒的结合部称肩部，仓壳锥体和仓壳圆筒的结合部称臀部，此两部分的结构根据料仓的不同大小和形状以及料仓使用的不同材质而有不同，设计者应根据实际情况采用不同的结构形式，以保证料仓具有足够的刚度和强度。

松散物料在料仓中的流动情况和形式见下图： 料仓设计时一般把物料流分为整体流动形（柱塞流形）和中心流动形（漏斗形），整体流动形的流动是最为理想的流动，符合先进先出的原则，仓壳受力也比较均匀。中心流动形的料仓由于仓壳处物料的滞留或崩塌，使料仓的受力变得复杂。

固体料仓标准释义

料仓支撑结构主要是裙座、耳式支座和环座式支座 一、范围 1. 设计压力

固体料仓设计压力的适用范围，一般按常压考虑。因此规定设计压力的适用范围取－500 Pa～0.1MPa，即真空度取500 Pa，设计压力最大取0.1MPa。工程装置中在固体料仓的顶部根据工艺的要求有时有氮封，有时采用气流输送等情况，对于顶部有氮封（或其它作用的压力）的料仓，设计压力应取顶部可能出现的气体的最高操作压力作为设计压力。过高的设计压力会影响料仓的使用经济性，而且实际使用压力也被限制在一定范围内。

当设计压力超过0.1MPa时，料仓的设计、计算仍可参照本标准进行，但钢制料仓其安全系数和制造技术要求应按GB 150的相关规定。铝制料仓？ 2. 设计温度

固体料仓的使用温度大都为常温，我国南北纬度跨度大，北方部分地区冬季极端最低气温较低，而南部、西南部地区夏季日照下仓壳的温度可达几十度，设计者决定设计温度时应考虑到料仓所处的地理位置，由于固体料仓一般不用保温，仓壳的温度基本与环境温度一致，裙座的用材应考虑环境温度的影响。当对储存物料有加热的要求时还应考虑物料的温度效应及热膨胀的影响。因此本标准规定料仓的设计温度范围取料仓所使用的仓壳金属允许的使用温度，但由于通常料仓的使用温度不高，故仓壳材料的许用应力相应给到200℃，如果设计者遇到使用温度高于200℃的情况时，许用应力可以按标准中4.6节许用应力中的计算公式计算求得。 3. 容积

钢制固体料仓中容积较小的（例如小于或等于15 m3）一般称为料斗，可不按本标准设计。过去容积大于4000 m3 的料仓在工程装置中极少见，这是由于设计和制造难度大、成本高所致，但是根据目前我国的设计、制造、建造技术和经验的不断进步，新建容积再大些的料仓也是可以付诸实现的，所以本标准规定适用容积范围时对容积的上限未加以限制，但在建造超大型料仓时，应对料仓的经济性和可靠性予以充分的考虑。

铝制料仓则由于材料性能的限制，目前只能制造容积不大于250 m3，高度不大于8m的料仓。对于超出上述参数的铝制料仓，本标准并未作出限制，但设计者应对其经济性和可靠性等多方面因素予以综合考虑。？？？？万 4. 浅仓和深仓

料仓一般分为深仓和浅仓，深仓是指仓筒内所储松散物料的整个滑坡面都位于仓筒之内（图1），否则为浅仓。浅仓中物料对仓壳的作用不均匀，在设计浅仓时应考虑比深仓更多一些不利的因素，在实际使用中的料仓大都处于深仓范围，故本标准按深仓考虑。 二、总则

关于资格与职责、安全系数、压力试验和致密性试验、焊接接头系数的规定，可参阅JB/T 4735的标准释义。其中固体料仓的安全系数根据JB/T 4735的规定，由2.5修订为2.4。 1．载荷

料仓所承受的载荷分为静载荷和动载荷。静载荷为长期载荷，动载荷为短期载荷。料仓仓壳和支承部分的安全性和经济性很大程度决定于选择合理的设计载荷。料仓的设计压力、储存物料引起的压力、料仓自重、梯子、平台等附件的重量、多雪地区的雪载荷等属于主要的静载荷；风载荷、地震载荷和料仓在加料、卸料时所产生的冲击载荷等属于主要的动载荷，此外连接管道和其它的部件对料仓的作用力、支座的反作用力等都是应当考虑的载荷。

固体料仓标准释义

1.1 静载荷

操作状态下的静载荷：包括压力、料仓储存物料引起的压力、料仓壳体自重、附件（包括梯子平台、人孔、接管、仪表、安全阀、过滤器、内件等）的重量、多雪地区的雪载荷等。

试验状态下的静载荷：料仓一般不进行水压试验，必要时可做盛水试验，因而试验状态下的静载荷应当是操作状态下的静载荷，或是操作状态下的静载荷加所用水的重量。

料仓储存物料引起的压力是料仓与其它容器不同的特别之处，此压力决定于固体物料的物性参数，一般常见的松散物料的物性参数参见表 1。

表 1 常见松散物料的物性参数

名 称 聚乙烯 （粒料） 聚乙烯 （粉料） 聚丙烯 （粒料） 聚丙烯 （粉料） ABS （粒料） ABS （粉料） 聚苯乙烯 （粒料） 聚苯乙烯 （粉料） 聚 酯 （粒料） 聚 酯 （粉料） PTA （粉料） 砂 米 砂 糖 大 豆 小 麦 尿 素 离子 交换树脂

物料形状 （mm） φ3×L 3~5 400 μm φ3×3 10~325 目 φ2.5×L 5 200~250目 φ2.7×3.2 100~200目 堆积密度 （ kg/m3 ） 500~600 300~400 500 370~450 500 480 500~600 500~600 700~800 700~760 860~1120 1400~1800 860 910 760 860 760 840 密度 （ kg/m3 ） 940~979 940~970 900~950 900~950 1580 1010 1050 1030 1165 1030 1510 2620 1430 1590 1160 1380 1330 1475 安息角 （°） 35 35 ~ 40 38 ~ 40 35 ~ 38 40 30~35 30 30 ~ 35 40 30 ~ 38 45 35 20 ~ 25 35 28 32 ~ 35 35 ~ 38 29 物料内摩擦角 Ψ （°） 35 35 ~ 38 35.5 ~ 37 35 ~ 36.5 38 31 ~ 35 35 31 ~ 35 38 31 ~ 35 35 32 29 37 39 25 22° 21.5 物料与仓壳 摩擦系数 μ 0.3~0.36 0.32~0.36 0.27~0.32 0.27~0.32 0.32~0.40 0.27~0.36 0.36 0.27~0.32 0.34 0.30 0.466 0.32 0.27~0.29 0.67 0.30~0.34 0.48 0.19~0.25 0.268 □4×4×2.5 200 目 120±10 μm 0.45目 3.15 1.1 7.7 4.13 0.66 0.79 注：表列数据仅供参考，计算时应据实测数据校正。

1.2 动载荷 动载荷包括风载荷、地震载荷、物料在加料和卸料时产生的冲击载荷，料仓内物料滞留或

崩塌时引起的局部冲击载荷、通入料仓内疏通架桥物料的压缩空气引起的局部压力等。

自振周期、地震载荷、风载荷可参阅JB/T 4710的标准释义。当料仓高度大于等于20m时，还须考虑高振型的影响，在进行稳定或其他验算时，地震弯矩可参照JB/T 4710的相关规定。？？万 2. 厚度

2.1 腐蚀裕量和磨蚀裕量

固体料仓标准释义

腐蚀裕量是根据物料对金属材料的腐蚀速率和料仓的使用寿命来决定。

考虑到固体物料对料仓仓壳的机械磨蚀是不可避免的，本标准引入磨蚀裕量这一概念。在没有可靠的实验数据时，磨蚀裕量对碳素钢和低合金钢、铝及铝合金一般取不小于1mm，对高合金钢一般取不小于0.5mm。

本标准正文中的C2为腐蚀裕量和磨蚀裕量两部分之和，各自取值，互不影响。 2.2最小厚度

GB 150中是以考虑钢材的焊接工艺所需，规定了的最小厚度。而料仓的实际情况是容积大、壁厚薄，无论在现场制造或运输到现场，为防止在制造过程中或运输过程中出现过大的变形，不得不提出最小厚度与料仓直径的关系。仓壳圆筒设计厚度在很多情况下也受控于容器的最小厚度，可参考下列表内数据决定：

料仓直径 1200~3000 3000~5000 5000~10000 10000~16000 >16000 最小壁厚 （mm） 3 4 6 8 8 碳钢 临界压力 （MPa） 0.04516~0.1142 0.02345~0.01246 0.03003~0.01062 0.01658~001077 0.01077 不锈钢 最小壁厚 （mm） 3 4 6 8 8 临界压力 （MPa） 0.04467~0.01130 0.02320~0.01246 0.02971~0.01051 0.01301 0.01065 注：表列数据是用下式计算的，未计入腐蚀裕量和磨蚀裕量。

cr三、材料

D2.59EiDLi2.5……………………………（2－1）

钢制固体料仓的材料选用原则，可参阅JB/T 4735的标准释义；铝制固体料仓的材料选用原则，可

参阅JB/T 4734的标准释义。 四、设计计算 1. 仓壳圆筒部分的载荷计算

JB/T4735-1997标准采用詹森（Janssen）创立的料仓压力理论为基础的计算方法，而本版标准采用赖姆伯特 （ Reimebert ）的理论为基础的计算方法。其原因如下：

a） 詹森方法和赖姆伯特方法在计算上有差异，但计算结果的差异不大； b） 赖姆伯特方法考虑了物料的堆积密度在任意高度处是不相同的，物料对料仓壳体的垂直压力和

水平压力也是变化的，赖姆伯特方法比詹森方法更加接近实际操作工况；

c） 赖姆伯特方法是在詹森方法的基础上经过大量研究实验而得出的，是詹森方法的修正版本； d） 目前，德国标准对料仓的计算已经采用了赖姆伯特方法；

e） 目前，中石化行业标准对料仓的计算也已经采用了赖姆伯特方法。 詹森方法和赖姆伯特方法的对比如下： 1.1 JB/T4735-1997标准中采用的计算方法

JB/T4735-1997标准中采用了以詹森（Janssen）创立的料仓压力理论为基础的计算方法，其推导如下：

我们对内直径为Di 的仓壳圆筒，在储存物料深度为的立面位置上取一高度为d的微元体（见图2）来进行研究，这一微元体的体积dv为

固体料仓标准释义

dv其重量 dw为

4Di2dx …. …………………………………（4－1）

dw4 Di2gdx ………...…………………………（4－2）

对这一微元体所受静力进行研究，在微元体上部截面Ⅰ—Ⅰ上受到截面以上由物料所产生的垂直压

2力为Pw，在整个截面上所受的力为DiPw4。 在微元体下部截面Ⅱ—Ⅱ上受到截面以上由物料所产生的垂直压力为PvdPv，在整个截面上所受2的力为DiPvdPv4。 由物料所产生的垂直压力Pw，对仓壳圆筒产生了水平压力Ph，假定垂直压力和水平压力的比值不变，即： 图1 图2 PhkPv ……………….………………………（4－3） k1sintg2(45) ……………………….…（4－4） 1sin2式中：—— 松散物料内摩擦角的最小值，（°）。

水平压力Ph是垂直作用于仓壳圆筒壁的，所以产生了沿壁面的压力：

p'fPh …………………………………………（4－5）

沿壁面一周所产生的摩擦力为 ：

PfPhDidx ……………………………….…（4－6）

式中：—— 物料与圆筒壁间的摩擦系数。

固体料仓标准释义

根据对以上诸力的研究可以写出此微元体的静力平衡方程：

Di2Pv4Di2g4dxDi2(PvdPv)4DikPvdx …………….…（4－7）

对上式进行整理后可得一阶常系数线性微分方程：

dPv4kPvg ………..………………………（4－8） dxDi决定边界条件并解上述方程式：

仅考虑所储松散物料引起的压力时，边界条件为 0 时，Pv0，解方程，经单位换算后求得垂直压力Pv为：

DgPvi4k令f = kμ，并将其代入上式可得

4kx()Di1e ………………….………….…（4－9） 4fx()DigDiPv1e …...……………………….…（4－10）

4f由所储松散物料引起的水平压力可用垂直压力乘以侧压系数k求得：

PhkPv …………………………………….…（4－11）

经处理简化后摩擦力可以写为下式：

Di2PfHwgPv ………..…………...…….…（4－12） 4ei詹森（Janssen）在料仓压力理论中主要依据了以下几种简化假设： a） 垂直载荷平均分布在水平横截面上； b） 堆积密度ρ在任意高度处是相同的； c） 比值kphpw在任意高度处是常数； d） 仓壳的摩擦系数pfph在任意高度处是常数。

在很长一段时间里，设计者们都采用这个简化的料仓压力理论来计算料仓，这种方法计算简单，对盛装一般的颗粒细、粒度均匀的物料的钢制料仓安全度是足够的，很多国家的料仓设计规范都以这一种计算的理论为基础的。例如DIN、 JIS 等规范就采用了这种理论，我国JB/T 4735-1997标准也是依据这种理论来编制的，很明显大家采用时都知道这些假设中存在一些不符合客观实际的地方，但人们认为是可以允许的，是可以接受的。

上述观点在一定的范围里是对的，但是有局限性。对于粘性物料，在同一水平面上垂直载荷就不会是均匀分布的，在料仓的直径较大、高度较高时，加料和卸料时松散物料的堆积密度也是会变化的，在不同高度上的摩擦系数也不相同，物料在流动时载荷会有很大的变化。研究者们对新的计算理论进行大量研究。

1.2 本标准采用的计算方法：

本标准采用以赖姆伯特（Reimebert）的理论为基础的计算方法。

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赖姆伯特兄弟在进行了大量的试验基础上，提出了利用料仓壳体壁面摩擦平衡载荷的函数关联来计算垂直压力和水平压力，并确认垂直压力和水平压力的比值是随着料仓的深度和料仓的形状而变化的，对料仓的计算提出了新的解析方法。

目前各国标准使用的计算方法不同，有采用经典理论的计算方法，也有的采用了改进的计算方法。我们认为，从理论分析和试验数据看，采用“物料对仓壳的垂直压力与水平压力的比值随料仓高度变化而变化”的理论来分析料仓壳体的受力比较符合试验数据，我们在编制本标准时采用这种解析方法，但是此方法对大型锥体料斗的解析过于简单，需要作一些调整。

本标准使用的（赖姆伯特）计算方法要点：

符号说明：

式中：—— 松散物料堆积密度，kg/m3；

—— 松散物料内摩擦角的最小值（假定休止角等于内摩擦角），°； '—— 松散物料与壳体壁面的摩擦角，°；

F—— 仓壳圆筒内部横截面面积，mm2；

Di—— 仓壳圆筒内直径（或指多边形筒仓内切圆直径），mm； Di—— 仓壳圆筒横截面内周长，mm；

r—— 仓壳圆筒横截面平均水力半径，rF/Di，mm； hc—— 仓壳圆筒内松散物料自然堆积的锥体高度，mm； h—— H—— ph—— pv——

仓壳圆筒计算截面物料的深度，mm； 仓壳圆筒的高度，mm； 深度h处的水平压力，MPa； 深度h处的垂直压力，MPa；

phmax—— 水平压力的最大值，MPa； pvmax—— 平均垂直压力的最大值，MPa；

Pvmax—— 总垂直压力的最大值： PvmaxFpvmax，N；

当松散物料放置在平面上时，堆积成母线与水平面成一定角度的圆锥体。对于每一种物料，角具有特定的数值，称为安息（休止）角，它是内摩擦角的最小值。 假如松散物料堆放在封闭空间如筒仓内，由于松散物料在壁上的摩擦作用，松散物料作用于壳体壁面及料仓锥底的合力为倾斜于壳体壁面的推力Q。因此，该推力可分解为两个分力，一个分力是对壳体壁面的法向力N，另一个分力是平行于壳体壁面的切向力T，也称为垂直压力。这个法向力N又称为水平压力（图3和图4）。 图3 堆积角 图4 力平衡图

固体料仓标准释义

把松散物料在壳体壁面上的摩擦角叫做，相应的摩擦系数为tg。 作为倾斜压力Q的函数，上述两个分力N和T为：

''NQcos' ………..…………………..…….…（4－13） TQsin' ………..…………………..…….…（4－14）

 …….…..…………………..…….…（4－15） 因此： TNtg式中：T—— 与对应于水平压力N产生的摩擦力平衡的载荷。

在仓壳横截面上的垂直载荷就是该段壁面的垂直压力（仓底上的载荷即为总的垂直压力），它等于该断面以上物料的总重量与其产生的作用于仓壳的摩擦力所平衡的总载荷之差。

在完成测定同一筒仓不同深度料仓锥底垂直压力的试验后，可以看到压力随深度增加而增加，但由于只有一小部分重量的松散物料对壳体壁面有摩擦作用，以致在一定深度上的压力变为常数，而达到最大值。以深度为纵坐标、压力为横坐标绘图，所得的压力曲线如图5所示。该曲线存在一条平行于纵坐标轴的渐近线，该渐近线对应的横坐标就是垂直压力的最大值。 对于代表壳体壁面侧压力的曲线作了相同的考察。该曲线也存在一条平行于纵坐标轴的渐近线，该渐近线对应的横坐标就是侧压力的最大值见图6。 ' 图5 图6

可利用壳体壁面摩擦平衡载荷的函数关系，计算侧压力和垂直压力。 在直角坐标系上，以纵坐标代表仓壳圆筒的深度，以横坐标代表壳体壁面上和料仓锥底上的压力。坐标原点位于松散物料与壳体壁面接触表面（图7）。该平面以上的部分有一个物料形成的锥体，称之为“松散物料上的物料锥体”，其高

hcDitg/2 ….…..…………………..…….…（4－16）

“松散物料上的物料锥体部分”的质量为：

P0gF式中：F—— 仓壳圆筒的横截面面积，mm2。

hc ….…..…………………..…….…（4－17） 3

假设松散物料与壳体壁面没有摩擦，则深度h的料仓锥底上的载荷为：

固体料仓标准释义

PvmaxgFhP0 ….…..…………………..…….…（4－18）

当h≥0时，该载荷曲线为斜率gf、截距P0gFhc的直线（图7）。但是，由于松散物料在3壳体壁面上摩擦作用的结果，摩擦平衡载荷曲线（Ⅱ）有一无穷分支与z轴相切。该曲线（Ⅱ）的纵坐标为直线（Ⅰ）的纵坐标（摩擦力等于零时料仓锥底上的载荷）与料仓锥底实际载荷曲线的纵坐标之差。在极限情况下，当料仓锥底实际载荷变成常数（料仓锥底的最大载荷）时，直线（Ⅰ）成为曲线（Ⅱ）渐近线的方向。

因此，曲线（Ⅱ）的渐近线平行于直线（Ⅰ），两直线在z0时的横坐标之差等于料仓锥底的最大载荷PVmax。

PvPvPdhhPAPvmaxP0gf

图7 特征纵坐标 这些性质可以利用来确定壳体壁面摩擦平衡载荷曲线的函数关系。 首先，假设摩擦平衡函数J(h)是已知的，其微分为：J(h)dh。

'已知表明，对水平薄层dh而言，由壳体壁面摩擦平衡的载荷为：phwDitgdh。

'''因此： J(h)dhphDitgdh .…..…………………..…….…（4－19）

由此可导出在深度h处水平压力的计算式：

J'(h) …..………………………..…….…（4－20） phDitg'同样，在深度h处，松散物料的总载荷为：

gFhgFhchgF(hc) ……………………..…….…（4－21） 33固体料仓标准释义

当hH时，计算高度等于仓壳圆筒高度，在仓壳锥体大端截面上的载荷即为：

gF(H由此可导出在深度h处垂直压力的计算式：

hc)J(H) ……………………..…….…（4－22） 3pvg(hhcJ(h) ……………………..…….…（4－23） )3F由此可见，如果已知松散物料在壳体壁面上摩擦平衡载荷的函数关系，则根据方程（4－20）和（4

－23），可直接求出壳体壁面上侧压力的数值以及仓壳锥体大端截面上垂直压力的数值。

因此，我们开始研究壳体壁面摩擦平衡载荷曲线的函数关系：

Ah2BhC试验表明，可以用双曲线y的一个分支，相当精确地表示（图7）上的试验曲线

DhE（Ⅱ）。式中A,B,C,D,E为方程式系数。

双曲线分支的渐近线方程为：

ygFh(PvmaxP0) ……………………..…….…（4－24）

当h时，渐进线的斜率gF与极限

y一致，因此； hyAh2BhC …………………………..…….…（4－25） hhDhEyA。 （当两个二项式的次数相同时为最高次数项的系数比）

hDyA即 lim gF …………………………..…….…（4－26）

yhD当y时，

所以 ADgF ……….……………………..…….…（4－27） 此外，当h0时，侧压力等于零，因此摩擦平衡载荷等于零，所以函数式的分子必定为零，即：

C0，函数式变成：

DgFh2Bhy ……………………..…….…（4－28）

DhEh0时曲线与h轴相切，所以函数的导数必须避免h0时情况，因此：

(DhE)(2DgFhB)(DgFh2Bh)D ……..…….…（4－29） y2(DhE)对于h0，分子必须等于零，或者说：BE0。

在这里，因为函数将变为线性的，所以E不可能等于零，因此该导数必须消去B0的情况，这样，函数式就成为：

DgFh2y …………………..………..…….…（4－30）

DhE固体料仓标准释义

当h时，渐起线起点的横坐标－(PvmaxP0)与极限ygFh相当。 因为

DgFh2EgFhygFhgFh……….…（4－31）

DhEDhE。 这时，极限与其导数相同，所以，当h时

EgFygFh(PvmaxP0) ………..…….…（4－32）

DD(PvmaxP0)E ……………………..…….…（4－33）

gF当h时，ygFh因而

DgFh2……………………..…….…（4－34） yD(PmaxP0)DhgF消去D后写成：

ygFh2PPhvmax0gF……………………..…….…（4－35）

此公式是筒仓计算的基本公式，简化后可写成下式：

yJ(h)gFh2hA…………….…………..…….…（4－36）

此公式的物理意义是：在深度h处，摩擦平衡载荷在筒体周长单位长度上的值。 式中：

APvmaxPo…………….……………..…….…（4－37）

gFA值的大小等于摩擦平衡载荷曲线的渐近线在纵坐标轴上的截距。由于它所起作用的重要性，把

它称为“特性纵坐标”。对于某一种特定的物料、及盛装此物料的特定的料仓，此值为一定值。

这样，就可以来确定壳体壁面上的侧压力和料仓锥底上的垂直压力。 壳体壁面上的侧压力

已知摩擦平衡载荷的函数式为：

ygFh2hA …………………………..…….…（4－38）

根据方程（4－20），可以求侧压力的数值。该函数的导数为：

2gFh(hA)gFh2h22Ah J(h)gF(hA)2(hA)2'A2h2…………….…（4－38） gF(1)gF1(1)2A(FA)固体料仓标准释义

把这个数值代替方程（4－20）中的J(h)则：

'phgFDitg'h21(1) …..……….………….…（4－39） Aph这里，

gDi4tg'h21(1) ……………….....…….…（4－40） AgDi正好是壳体壁面最大侧压力的表达式。所以，壳体壁面上侧压力的表达式为：

4tg'hphphmax1(1)2 ……………….....…….…（4－41）

A也可写为：

A2 ……………….....…….…（4－42） phphmax12hA作用在仓壳锥体大端截面的垂直压力 根据方程（4－23）：

pvg(h将J(h)的数值（可用y值）代入方程式，则：

hcJ(h)) ……………….....…….…（4－43） 3FhchcgFh2h2pvg(h)g(h) ….….…（4－44）

3F(hA)3hA所以

hhpvgh(1)1c ……………….....…….…（4－45）

3Ahhpvgc ……………….............…….…（4－46）

h13Ahhcpvg ……………....…….....…….…（4－47）

hA3A 也可写成： pvghA仓壳锥体上的总载荷为：

hADitg …………….…….....…….…（4－48） 6固体料仓标准释义

PvmaxFpv………………………......…….…（4－49）

特性纵坐标的数值

方程（4－36）、（4－45）、（4－48）表明，各种压力函数的基本参数是很重要的，称之为“特性纵坐标”的参数A的数值，就是松散物料在壳体壁面上摩擦平衡载荷曲线的渐进线在纵坐标轴上的截距。

在方程（4－45）中：

APvmaxP0……………………….....…….…（4－50）

gFP0（方程（4－17））和gF是已知数，余下的问题是确定料仓锥底垂直压力的最大值。

显然，无论是哪一种理论，料仓锥底垂直压力最大值具有下列形式：

PvmaxgFr'1 ……………….....…….…（4－51） 'f(,)'不同的作者提供的表达式f(,)各不相同。f(,)将称为“摩擦函数”。

特性纵坐标的数值使直接计算壳体壁面侧压力和料仓锥底垂直压力成为可能，而这个“摩擦函数”又是计算特性纵坐标大小的基础。

因此，最重要的问题是了解：“摩擦函数”，将根据对不同形状的料仓试验所得的结果，求出它在试验条件下的数值。

以往关于比值pv/ph变化的研究，用试验的方法进一步证实了pv/ph的极值。 在这一极限情况下，根据詹森-库林的假设（此处从略）垂直压力为最大值等于：

Pvmaxgr垂直压力总载荷的最大值等于：

1tg'tg2(42……………….....…….…（4－52）

)PvmaxFpvw即：

tgtg()42gFr……………….....…….…（4－53） '2PvmaxgFDi4tg'tg2(452…..……………….....…….…（4－54）

)将这一数值代入方程（4－49），根据方程（4－17）求得P0的数值，这样，可得到计算圆筒仓特性纵坐标的公式：

ADi4tg'tg2()42hc ……………….....…….…（4－55） 3也可以写为：

固体料仓标准释义

ADi4tg'tg2(45'2)Ditg ……………….....…….…（4－56） 6赖母伯特进行了关于和的大量测定工作和计算工作，结果表明计算所得特性纵坐标的数据与试验相符。 在实验室内能够确定各种粉状松散物料对不同形状筒仓不同壳体壁面的“摩擦函数”。然后就可以计算包括多边形筒仓在内的各种筒仓的压力。由于用这种方法可以在实验室确定“摩擦函数”，能更精确地计算筒仓上的应力，从而使仓筒具有更好的安全性。

对仓壳圆筒壁面的摩擦力

由于在深度h处，根据方程（4－36）摩擦载荷在筒体单位长度上的载荷公式可用下式表示：

yJ(h)gFh2hA………………...............…….…（4－57）

由松散物料在计算断面以上的仓壳圆筒上引起的摩擦力，即可按下式计算：

Pf2. 仓壳锥体部分的载荷计算

gDi2h24hA……………….....…………….…（4－58）

我们对直径为Di的仓壳锥体，在储存物料高度为hw的任意立面位置上取一高度为dh的微元体（见图8）来进行研究，这一微元体的体积dv可以视为：

dv42Dzidh…………………….....…….…（4－59）

其重量 dw也可以视为

dw42Dzigdh ……………….....…….…（4－60）

图8

根据推导，可得到计算仓壳锥体计算断面特性纵坐标的公式：

固体料仓标准释义

ADzi4tg'tg2()42hc……………….....…….…（4－61） 3此式可以写为：

ADzi4tg'tg2(452)Dzitg ……………….....…….…（4－62） 6可得到计算仓壳锥体计算断面侧压力的公式：

pzh此式可以写为：

gDzi4tg'h21(1)……………….....…….…（4－63） AgDzi pzh4tg'A2 ……………….....…….…（4－64） 12hA可得到计算仓壳锥体计算断面垂直压力的公式：

hhpzvgh(1)1c……………….....…….…（4－65）

3A此式可以写为：

pzvghA以上各式中Dzi—— 计算断面锥体大端直径，mm。

实际计算时可将锥体简化为若干个不等直径的圆筒体，用上述方法进行计算即可。 3. 仓壳圆筒的应力计算

本标准中的应力计算按仓壳圆筒受由所储松散物料引起的压力外，还有其它压力时的工况来考虑，在垂直压力和水平压力的作用下，仓壳分别产生了轴向应力和周向应力，标准中用一般薄膜应力公式来计算这些力，其中由设计压力引起的轴向应力为：

hADzitg……………….....…….…（4－66） 6z1由摩擦力引起的轴向应力：

Dip4ei…………………………....…….…（4－67）

z2f由设计压力和物料引起的周向应力为：

PfIIDiei…………………........…….…（4－68）

Di(Php)2ei …………………….....…….…（4－69）

由各种重量和风弯矩、地震弯矩、附加弯矩引起的轴向力可按JB/T 4710的有关规定计算。

固体料仓标准释义

4. 料仓的轴向组合应力

作用在仓壳圆筒和仓壳锥体上的轴向组合应力包括以下部分： a） 由设计压力p在计算断面上所产生的轴向应力σz1。

b） 由所储松散物料与仓壳圆筒和仓壳锥体之间的摩擦力在计算断面上所产生的轴向应力σz2。 c） 由地震载荷和风载荷产生的弯矩在计算断面上所产生的轴向应力σz3。

d） 由仓壳顶重量、附加重量、雪载荷、动载荷等在计算断面上所产生的轴向应力σz41。 e） 由仓壳圆筒和仓壳锥体重量、内件重量、以及垂直地震力在计算断面上所产生的轴向应力σz42。 设计者在计算时应注意到在上述各种应力中，σz1是轴向拉应力，σz2是轴向压应力，σz3以中性面为界分为作用在受拉侧的为拉应力，作用在受压侧的为压应力，σz41只作用在支撑截面之上，而且为压应力，σz42 作用在支撑截面之上时，轴向应力为压应力，作用在支撑截面之下时，轴向应力为拉应力。

不同的料仓有不同的支撑形式，弯矩引起的应力在支撑面以下可不计入组合应力，各种重量产生的应力在支撑面之上、支撑面之下有不同的作用，在标准正文公式中我们为简单明确起见仅给出由各种重量引起的轴向应力σz4，设计者可在计算时根据料仓的支撑情况，按图3将各种重量引起的应力分别列出并代入下面组合应力公式进行计算。一般而言仓筒的大部分都在支撑面之上，而设计时都习惯于遵循设计壁厚越向下越厚的原则，如均按在支撑面之上计算肯定是安全的。标准正文中是按在支撑面之上的轴向组合应力计算的。

根据规定，拉应力计算符号为“＋”，压应力计算符号为“－”。下列组合应力公式为代数和，代入公式时需分清“＋”、“－”号，在计算组合应力时应按标准正文所列顺序计算：

在支撑面之上的轴向组合应力为：

zz1z2z3z41z42 ……………….....…….…（4－70）

在支撑面之下的轴向组合应力为：

zz1z2z41z42 …………………….....…….…（4－71）

许用轴向压应力按下式计算：

erKoBt 取其中较小值 …..…………….....…….…（4－72）

KRo 图9

固体料仓标准释义

作用在仓壳圆筒上的周向组合应力是由设计压力p和所储松散物料产生的压力Ph引起的，圆筒的周向应力可用简化的薄膜应力公式计算。

圆筒许用轴向压应力可采用有关经典公式计算。

本标准采用GB 150中外压容器算图作为许用压应力的图。

5. 仓壳顶的计算？？？？万

仓壳顶一般采用锥形仓壳顶或拱形仓壳顶，对于直径大于5m的料仓，一般采用拱形仓壳顶，设计者可根据料仓的直径、顶部附加载荷和设计压力，在仓壳顶上设置加强筋以满足设计要求。

拱形仓壳顶的许用临界压力按照立式圆筒形储罐的标准采用小变形理论公式，临界压力为：

cr取钢的0.3 代入上式，则有：

E312Ri2…..…………….....…….…（4－73） 2cr1.2ER…..……………………....…….…（4－74）

i考虑到实际的制造成型情况，将系数1.2 取为 0.1，则得标准中所用的计算式。

6. 仓壳锥体和仓壳圆筒连接处的加强结构

在大型固体料仓上，仓壳锥体和仓壳圆筒的连接处的应力通常都很大，设计时要进行局部加强，处理这一问题的设计方法很多，通常是设置一个刚性环，或设置一个刚性环座，以此来加强连接处的刚度。

7. 支座

料仓用的裙式支座的设计方法见JB/T 4710《钢制塔式容器》，本标准完全引用其计算方法。

料仓用的耳式支座的设计方法见JB/T 4735《钢制焊接常压容器》和HG 20583《钢制化工容器结构设计规定》，在料仓的设计中常用的支座形式有：耳式支座、带钢性环的耳式支座等，本标准不另对耳式支座提出设计计算方法。设计者在设计计算时要注意到支座垫板与仓壳的连接处的局部应力不能过大，对于大型薄壁料仓可采用带钢性环的耳式支座来解决局部应力过大的问题。

8. 静力计算方法和动力计算方法

本标准所采用的计算方法系静力计算方法。是按赖姆伯特（Marcel L.Reimbert）的现代料仓设计公式进行计算的。由于料仓中储存物料的形状、粒径、充填状态和仓壳圆筒尺寸大小以及加料和排料的方式不同，有时仓壳圆筒所受的压力不可能完全按这些公式计算，所以有的规范给出了加料和排料时料仓内各种压力变化的动力计算方法，对不同物料提出的超压系数在1.2~1.6之间，但是在料仓的实际计算中仅仅按储存物料的压力来决定仓壳壁厚的情况很少，设计者大多是按料仓设计压力、料仓的自重、储存物料引起的压力、风载荷、雪载荷、地震载荷等引起的应力来决定仓壳壁厚，所以本标准仍采用这些经典公式。

静力理论认为：垂直载荷是平均的分布于水平截面上，松散物料的堆积密度在给定高度处是相同的，设计公式是利用仓壳摩擦平衡载荷的函数关系来计算水平压力和垂直压力，计算时不考虑加料或卸料时物料的冲击作用，这种方法计算简单，对一般的颗粒细、粒度均匀的物料，对钢制的料仓可靠性也是足够的，到目前为止大多数国家的料仓设计规范都是以静力计算理论为基础。静力理论的这些观点在

2固体料仓标准释义

一定的范围里是对的，但是有局限性。对于粘性物料，在同一水平面上垂直载荷就不会是均匀分布的，在料仓的直径较大、高度较高时，加料和卸料时松散物料的堆积密度也是会变化的，物料在流动时载荷会有很大的变化。有一些用钢筋混泥土制作的大型料仓就因为设计时没有考虑到足够的抗震能力和物料流动对仓壳的作用因素而发生倒塌事故，重大的损失给人们带来了深刻的教训，研究者们开始对动力计算理论进行大量研究。

松散物料的种类很广，物料间的堆积特性、流动特性差异很大。一般而言，研究者认为物料在料仓中的流动形态分为两大类：柱塞流形态（整体流动型）和漏斗流形态（中心流动型）。在柱塞流形态的料仓内，物料均匀有序地流过料仓的各个断面，避免料仓内局部出现物料的滞留，也就是说物料在料仓中的流动是符合先进先出（first-in/first-out）的原则，先装进料仓内的物料在卸料时先卸出，物料流动时所产生的动压力均匀地直接作用在料仓壳上，仓壳所受的压力变化是稳定的。 在漏斗流形态的料仓中，物料是以漏斗流的形式流动的，也就是说物料在料仓中的流动符合后进先出（last-in/first-out）的原则，后装进的物料在卸料时在某种程度上先卸出，物料只沿料仓的中心流动，靠近仓壳的物料是否流动是随松散物料的流动特性、储存时间、加料方法等因素的变化而变化，仓壳所受的压力变化是不稳定的，呈动态变化。

由于料仓内的物料流动形态不同，设计者在设计料仓时应当全面考虑组成料仓的各部分的详细情况，如物料入口、物料出口、料仓高径比、仓壳锥体的半顶角大小、仓壳锥体是否采用反吹装置或内反锥装置、仓筒内壁的粗糙度等这些影响物料储存和输送、影响料仓形状和强度的因素。确定料仓的各个结构要素，确定设计时如何使用静力计算方法或是再增加使用动力计算方法来解决实际问题。

随着近年来固体物料输送设备的发展，输送能力有了很大提高，在气流输送方面，输送种类有稀相、疏密相、密相等不同的输送方法，加料和排料时气流输送的大流量的气流和物料对仓壳施加的冲击力加大，而且是在动态变化状态下作用的，静力计算方法不可能对其加以分析考虑，因而设计料仓时应当使用动力计算法来处理这一类问题。动力计算的理论认为：在进料时，气流和物料对仓壳产生冲击作用，这种冲击力的大小和频度呈动态变化，在排料时，料仓的压力发生变动，对仓壳某一局部所作用的压力呈动态变化的，而且有可能使局部应力升高，专家们在研究中给出的大量资料表明仓壳压力的变动峰值可大于静态计算值的数倍。国外有的标准近年来已考虑到了这种情况，较为简单的方法是采用在静力计算的基础上增加一些动力影响系数来调整静力计算的误差，这些系数是通过试验或通过对实际经验的总结获得的。

考虑到料仓的动力计算方面我们目前尚无可靠的试验数据，也未对实际生产装置进行过测试或分析总结，对目前所使用的金属料仓而言，物料的形状、性质比较单一，物料流动的速度相对不是很大，用现行的设计经验和计算方法来分析还是安全的，所以标准仍按静力计算方法来编制。我国工业用金属料仓的设计、制造和使用中成功的经验居多，用于制造料仓的材料质量也有很大的提高，可以说，用静力计算来设计料仓，在目前是满足工业需要。当然从另外一方面来说我们也要对动力状态下如何应用超压系数和动压系数，如何选取计算数值还要进行研究。如果在工程设计的实例中遇到了某些大型料仓，当其加料和排料速度较大时，目前可参考本文下面介绍的“料仓的动力计算方法”即日本或德国规范的办法，采用在静力计算的基础上增加一些动力引响系数来调整计算的误差，在今后再版的“固体料仓”标准中，如有可能经过试验后取得数据，可望能解决动力设计的计算办法，制定出既考虑静力计算又考虑动态影响的较为全面的计算方法的新标准。 9. 国外料仓的动力计算方法？？？？万

日本规范采用的方法：

日本JIS B 8511规范也属于静力计算范畴，但在1987年版中提出了对长期作用的由松散物料引起的载荷和在料仓加料和排料时料仓受到的动态压力变化，加入冲击压力系数Ci和动压系数Cd来调整仓壳所受压力的设计方法。即在静力设计法的基础上，增加一个冲击压力系数用于调整由松散物料的质量、

固体料仓标准释义

加料方式、连续加料时引起的物料对料仓壳的冲击作用，冲击压力系数Ci的大小在1.0到2.0之间。增加一个动压系数用于调整排料时物料对料仓的各部分仓壳所起的动态增压作用，动压系数Cd在料仓的上部进料区取1.0到2.0，在储料区取2.0，在下部锥体区取1.25。

动力设计的各种压力用下列公式计算；

动力设计的垂直压力 dPvCiPv…..……………………....…….…（4－75） 动力设计的水平压力 dPlCdPl …..……………………....…….…（4－76） 动力设计的法向压力 dPcCiPc .或dPcCdPc…..……………………....…….…（4－77）

德国规范采用的方法：

德国DIN 1055-1987年版第六部分中还提出了加料时和排料时仓壳所受压力的计算方法，在仓内物料面呈水平的情况下，排料时的摩擦力、水平压力和垂直压力都会发生相应变化，其具体计算公式为：

对于排放压力是均匀的情况：

物料与仓壳的摩擦力 Pwe1.1Pwf…..……………………....…….…（4－78） 水平压力 PheehPhf…～..……………………....…….…（4－7

9）

垂直压力 PvePvf……..……………………....…….…（4－80） 式中：eh—— 超压系数，其值在1.2 ~1.6之间。 五、制造、检验与验收

固体料仓的制造、检验与验收的要求相对GB150而言，要求较低。故本标准对固体料仓的材料、加工成型、焊接、热处理、无损检测、试验、验收等方面，系统地提出了低于GB150的要求。

本标准与JB/T 4735-1997标准中“圆筒形料仓”内容相比， 将原标准中的“制造、检验与验收”分为：第7章“钢制料仓的制造、检验与验收”和第8章“铝制料仓的制造、检验与验收”两个部分。 六、料仓的结构（附录A）

本标准对钢制固体料仓的仓壳结构，列举出了部分常见的结构形式，供设计者参考。

其中包括料仓的焊接接头结构、仓壳圆筒的外加强形式、料仓的各主要部分形式、接管与仓壳的焊接结构、细长接管加强结构。

对于铝制仓壳结构设计，还应参照JB/T 4734 中的相关规定。 七、例题