本發(fā)明涉及建筑結構技術領域，尤其涉及倉儲建筑結構，具體涉及一種復合材料模塊化儲料棚。

背景技術：

我國已有的工業(yè)散料場大多采用露天堆放，粉塵外逸造成大氣污染，加劇霧霾天氣。為此，隨著我國工業(yè)發(fā)展和對環(huán)保要求越來越嚴格，2013年9月國務院推出《大氣污染防治行動計劃》(即“國10條”)，其中第一條第(二)款規(guī)定：“大型煤堆、料場都要實行封閉儲存”，要求煤場必須采用封閉或半封閉式作業(yè)，由此帶來全國3000個以上工業(yè)料場需要封閉，市場需求巨大。

但是傳統(tǒng)散料場封閉大部分采用“螺栓球鋼網架+彩鋼板”的結構形式，普遍存在空間跨越能力小(不超過120m)、用鋼量高、施工質量難控制、需對現(xiàn)有儲運設備進行改造、并影響正常生產運營等問題。

為了提高大跨度儲料棚的建造質量，并保證在使用過程中經久耐用，不坍塌，現(xiàn)有技術中已有一些解決方案。比如現(xiàn)有大跨度儲料棚采用整體式網架式設計或穹頂采用網架式結構，而支撐部分采用鋼筋混凝土，所有這種形式儲料棚的建造不僅建造周期長，鋼材用量驚人，工程造價昂貴，因而跨度不可能建造得很大。

中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)枺?01410354181.8)，公開了一種自撐性罩式倉儲棚及其建造辦法。其中自撐性罩式倉儲棚包括底座、外罩、龍骨骨架、鋼絲網狀結構等部分。底座是鋼結構或混凝土結構；外罩為可充氣且可注入液體可固化填充材料的薄膜模板，它包括外側面和內側面，并且外罩固定在底座上；龍骨骨架與外罩內側面固定連接；鋼絲網狀結構沿外罩外側面盤繞并與底座連接。該發(fā)明的自撐性罩式倉儲棚的建造辦法包括通過充氣薄膜模板的進氣口向充氣薄膜模板內注入高壓空氣，通過龍骨骨架的中空管的液體注入口注入液體可固化填充材料以及通過薄膜模板的液體注入口注入液體可固化填充材料等步驟。這種倉儲棚及其建造辦法，理論上可行，實際建造成本非常高，尤其是充氣薄膜模板和龍骨骨架當前國內無法生產，國際上也僅有一家可生產，產能受限，不可能大規(guī)模推廣應用。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復合材料模塊化儲料棚，使用高強度、超輕、高阻燃性和抗老化的蜂窩復合材料制成的板材作為大跨度儲料棚的建造材料，采用專用的連接結構將板材進行對接，能夠快速構造出符合各項要求大跨度儲料棚。

為達上述目的，本發(fā)明采取的具體技術方案是：

一種復合材料模塊化儲料棚，包括：

一底座，具有兩列凹形滑道；

與底座固接于所述凹形滑道的儲料棚主體，包括多個依次連接的復合板材模塊，各復合板材模塊的兩端均與所述底座固接；

所述復合板材模塊為弧形結構，其包括多個依次連接的復合材料單元；

各相鄰的復合材料單元之間均通過設置于其上面及下面的一對連接板單元連接。

進一步地，一對連接板單元與復合材料單元之間通過兩組具有螺紋的連接件連接；

相鄰的兩個復合材料單元的連接端分別形成一組第一連接通孔，所述第一連接通孔內均嵌設具有內螺紋的預埋件；

所述一對連接板單元均形成兩組與所述第一連接通孔對應的第二連接通孔；所述第二連接通孔均嵌設具有內螺紋的預埋件；

每一第一連接通孔的均對應兩個第二連接通孔，通過至少一連接件旋合于其中嵌設的預埋件。

進一步地，單個所述復合材料單元的寬度為1.8m至2.5m，長度為6m至12.5m，厚度為0.2m至0.35m。

進一步地，所述連接板單元與復合材料單元同寬，長度為1m至1.4m，厚度為0.06m至0.09m。

進一步地，各單個所述復合材料單元選用蜂窩復合板材，整體彈性模量為50gpa至60gpa，密度為45kg/m³至50kg/m³。

進一步地，所述連接板單元選用蜂窩復合板材，整體彈性模量為55gpa至65gpa，密度為52kg/m³至60kg/m³。

進一步地，所述連接件為強度等級高于8.8級的高強螺栓，規(guī)格為m24至m42。

進一步地，每組第一連接通孔呈兩排均布，空間分布距離為0.4m至0.75m。

進一步地，所述第一連接通孔中的預埋件的一側及與其對應的一第二連接通孔與一外側連接件旋合；所述第一連接通孔中的預埋件的另一側及與其對應的另一第二連接通孔與一內側連接件旋合。

通過采取上述技術方案，由于采用的復合材料自重輕，棚體荷載小，本發(fā)明能夠實現(xiàn)超輕高強度穹頂建筑結構的超大跨度儲料棚，中間無立柱支撐，最大跨度達240m。采用模塊化設計和建造，可以根據需要，在工廠預制規(guī)格、性能一致的復合材料單元，在現(xiàn)場采用模塊化安裝，節(jié)約工期及安裝成本；并且，對于改造型項目，可在不影響生產單位的正常運行的前提下實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚的儲料棚主體結構示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚的一復合材料單元的截面構成示意圖。

圖3為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚的一復合材料單元的連接結構立體示意圖。

圖4為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚的一復合材料單元的連接結構截面示意圖。

圖5為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚的一復合材料單元的連接結構受力分析示意圖。

圖6為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚受自重載荷時的受力及變形數值模擬模型示意圖。

圖7為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚受積雪和冰載時的受力及變形數值模擬模型示意圖。

圖8為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚受向下和側向風載時的受力及變形數值模擬模型示意圖。

圖9為本發(fā)明一實施例中復合材料模塊化儲料棚受向上和側向風載時的受力及變形數值模擬模型示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖作詳細說明如下。需說明的是，附圖僅作為儲料棚結構及形狀的大致參考，為了清楚顯示附圖各部分，對于圖中結構做了適當調整，圖中各組成部分的數量，尺寸參數及比例關系均應以各實施例中描述為準。

隨著復合材料的發(fā)展創(chuàng)新，目前已有多種適合構件大跨度儲料棚的復合材料，復合材料以玻璃纖維、碳纖維等與樹脂材料復合在一起，通過纏繞、模壓、拉擠等方式成型。其中，一種新型復合材料-蜂窩復合板材的使用，中間無支撐柱儲料棚的跨度可以建造得越來越大。

上述蜂窩復合板材由兩側的面板中間的蜂窩層及粘結蜂窩層和面板的粘合層構成，其具有優(yōu)良的性能。主要體現(xiàn)為密度小，高強度，具有阻燃性和保溫效果，并且造價低，具有成本優(yōu)勢。

本發(fā)明即基于蜂窩復合板材，構造大跨度儲料棚，選用的蜂窩復合板材為云逸工程技術集團生產的連續(xù)纖維蜂窩復合板材。

以一具體實施例說明對本發(fā)明復合材料模塊化儲料棚做示范性描述。

如圖1所示，復合材料模塊化儲料棚包括底座、復合材料儲料棚主體。底座具有兩列凹形滑道；儲料棚主體與底座固接于凹形滑道，所述復合材料儲料棚主體的結構用蜂窩結構復合材料來實現(xiàn)，復合材料儲料棚主體由三個圓弧相切而成；圖1也可作為構成復合材料儲料棚主體一個復合板材模塊的結構示意圖，復合板材模塊為弧形結構。多個依次連接的復合材料單元即構成復合板材模塊。復合材料單元選用前述的蜂窩復合板材，由制作廠預制，規(guī)格統(tǒng)一，方便運輸，并能夠降低運輸成本。選用的蜂窩復合板材，本身彈性模量不小于40gpa，優(yōu)選50gpa至60gpa，密度不小于40kg/m³，優(yōu)選45kg/m³至50kg/m³。

如圖2所述，蜂窩復合板材包括分4層粘結而成，中間為4層蜂窩材料層103，最外側為外部蒙皮101，內部布置于兩層蜂窩材料層103之間的為中間蒙皮102。中間蒙皮厚度為0.4mm至0.6mm，外部蒙皮101的厚度為1.8mm至2.5mm。中間單層材料的厚度為50mm至80mm。當然本圖僅為示例性說明，實際應用中，蜂窩復合板材的厚度，內部材料層數均根據實際需求選取，本申請對此不作限制。

如圖3至圖5所示，各相鄰的復合材料單元100之間均通過設置于其上面及下面的一對連接板單元200連接。一對連接板單元200與復合材料單元100之間通過連接結構300連接，連接結構包括兩組具有螺紋的連接件301；相鄰的兩個復合材料單元100的連接端的分別形成一組貫穿的第一連接通孔，第一連接通孔內均嵌設具有內螺紋的預埋件；

一對連接板單元均形成兩組與所述第一連接通孔對應的第二連接通孔303；第二連接通孔均嵌設具有內螺紋的預埋件302；

每一第一連接通孔的均對應兩個第二連接通孔303，通過至少一連接件303旋合其中嵌設的預埋件302連接。在連接件預置孔內加裝帶內螺紋預埋件結構，可以加強螺栓緊固，并且降低開孔后容易造成蜂窩復合材料破壞的風險。具體參照圖5，相鄰的復合材料單元通過圖示的結構連接，最終構成整體的復合板材模塊，此時，模塊整體跨度收到的風載和雪載等外部載荷及自重載荷會轉化為蜂窩板材蒙皮內部的拉/壓應力和蜂窩剪力；蜂窩板材蒙皮內部的拉/壓應力，通過剪切螺栓傳遞到連接帶板，再傳遞到相鄰蜂窩板材上；蜂窩板材內部的蜂窩剪力通過和連接帶板的接觸傳遞到連接帶板內部的蜂窩。使內部應力分布均勻，能夠提高儲料棚整體的強度和抗載荷能力。

具體而言，單個復合材料單元的寬度為1.8m至2.5m，長度為6m至12.5m，厚度為0.2m至0.35m。連接板單元與復合材料單元同長，寬度為1m至1.4m，厚度為0.06m至0.09m。

連接件為強度等級高于8.8級的高強螺栓，規(guī)格為m24至m42。

每組第一連接通孔呈兩排均布，空間分布距離為0.4m至0.75m。

第一連接通孔中的預埋件的一側及與其對應的一第二連接通孔與一外側連接件旋合；第一連接通孔中的預埋件的一側及與其對應的另一第二連接通孔與一內側連接件旋合。采用兩個連接件分別連接兩側，優(yōu)于有一根連接件貫穿連接所有的預埋件，理由在于，各復合材料單元構成為復合板材模塊后，復合板材模塊本身就形成弧形，并且在棚體組裝為一體后，受外載和自重載荷影響，必然產生形變，如采用一根連接件貫穿連接所有預埋件，必然導致該形變產生的應力集中在連接件的中段，導致連接件出現(xiàn)變形、斷裂的可能出現(xiàn)。

上述實施例中復合材料模塊化儲料棚的建造方法，包括以下步驟：

建造兩側的基礎，在所述基礎上部固設兩列凹形滑道，形成底座；首先完成底座土建開挖和混凝土澆注，形成混凝土基礎，在基礎土建的同時，預埋建造凹形滑道，該凹形滑道為鋼結構材質，中間形成有滑槽，滑槽寬度與復合材料單元的厚度相當，一般稍大一些，復合材料單元插入凹形滑道的滑槽內后，雙邊形成1mm至3.5mm間隙；滑槽的槽壁上形成有連接通孔，用以與插入滑槽內的復合材料單元的一端通過連接件固接。

在水平地面上通過依次連接多個復合材料單元制作跨度與兩側的基礎之間距離一致的復合板材模塊；各相鄰的復合材料單元之間均通過設置于其上面及下面的一對連接板單元連接；將該復合板材模塊的兩端移至兩列凹形滑道上方；通過頂升或吊裝方式使復合板材模塊呈豎直狀態(tài)，兩端分別放入兩列凹形滑道內；如此即可實現(xiàn)模塊化裝配的初衷：根據設計需要，現(xiàn)場采用螺栓連接棚體相應部位的預制復合材料單元，構成復合板材模塊；通過地面氣囊頂升裝置，將連接在一起的蜂窩復核材料板逐漸頂起來，通過高精度金屬螺栓進行鎖緊，氣囊頂升裝置內部壓力要求大于1/30個大氣壓。

通過滑動方式將復合板材模塊沿凹形滑道移動至凹形滑道的一端，并與凹形滑道固定；滑動的驅動方式可使用液壓推進方式推進。

按照前述方法制作多個復合板材模塊，并沿凹形滑道依次通過多對連接板單元連接，同時與凹形滑道固定。

結構強度分析：

儲料棚模塊的強度和剛度分析：按以上方式建造的復合材料模塊化儲料棚，建立跨度為240m儲料棚模型，單個復合材料單元的寬度為2.4m，長度為12m，厚度為0.3m。連接板單元與復合材料單元同長，寬度為1.2m，厚度為0.08m。第一連接通孔呈兩排均布，空間分布距離為0.5m。整體模型由邊長4m的有限元細化，兩端同時約束水平位移和內外的轉動。對其受力和變形數值模擬：

1.自重載荷：如圖6所示，棚體表面自重應力為12.2mpa，遠遠小于520mpa的許用載荷；中心自重下垂1.6m，傾斜度為1.7％；

2.積雪和冰載：如圖7所示，在頂部施加0.45kn/㎡的載荷，棚體表面最大應力為43mpa，遠遠小于520mpa的許用載荷；中心最大變形2.8m，傾斜度為3.0％；

3.向下和側向風載：如圖8所示，施加向下和側向載荷1.29kn/㎡，中心弧度最大應力為132mpa，遠遠小于520mpa的許用載荷；

4.向上和側向風載：如圖9所述，施加向上和側向載荷1.29kn/㎡，由于自重抵消一部分載荷，中心弧度最大應力為118mpa，遠遠小于520mpa的許用載荷。

連接結構強度校核，參考圖5的受力分析對最大應力處進行分析計算后獲悉，采用規(guī)格為m28、強度等級8.8的高強度金屬螺栓即可滿足強度要求。由于此處受力分析計算為基礎的結構力學運算，只要具有機械領域基礎知識的本領域技術人員結合圖5的受力分析圖及上面獲得數據即可得到計算結果，在此不再進行繁雜而重復的贅述。

目前，國內絕少有跨度超過240m的儲料棚，根據工程實際，采用同樣的材料和結構，跨度越小，則儲料棚整體的剛度和強度會相應地提高，因此不再另行舉例對更小跨度的儲料棚結構進行分析說明。當然，跨度減小的情況下，可根據實際工況進行計算，減小復合材料單元的厚度，具體的分析過程不再贅述。而復合材料單元的幅面則根據運輸條件和成本確定，一般公路運輸的話，寬度不能超過3.2m，長度不能超過12.5m，如果采用航運或者火車運輸，則不受此限制，在實際應用中，可根據條件確定。

經濟成本分析：

以建造一類半圓柱面形儲料棚為例，參考圖1，其規(guī)格為：跨度l為180m、高度h為50m、長度480m。

用整體鋼結構方式，需耗用鋼材約7500噸，材料成本約10200萬元，建造工時4個月左右，用工50人，再加上其它輔助成本，如吊裝費，運輸費等，共建造費用超過12000萬元。

②采用背景技術中充氣式建造辦法，需要進口薄膜成本即達16000萬元，填充材料費用需2200萬元，建造工時約45天，用工50人，再加上其它輔助成本，如吊裝費，運輸費等，共建造費用至少19000萬元。

③采用本發(fā)明的技術方案，需用蜂窩復合板材約90000㎡，材料費用約7500萬元，建造工時約1個月，用工50人，再加上其它輔助成本，如連接結構制作安裝費、吊裝費，運輸費等，共建造費用為9000萬元。

由此可見，由上述可知，采用本發(fā)明的儲料棚，不僅可以縮短建造周期，且可大幅降低建造成本。并且，無論是采用鋼結構還是背景技術中的充氣式建造方法，如果遇到露天煤場改造的工況，在儲料棚的建造過程中，煤場都必須停運，有的還需要暫時遷移，不僅產生額外成本，而且會進一步加長工期。本發(fā)明則可避免該問題，可在不影響煤場運行的前提下完成施工。

顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。