西安灞桥电厂圆形煤场设计咨询
大直径筒仓形式的封闭煤场是火力发电厂贮煤的发展方向，它具有占地面积小、运行方式简单、系统调度灵活、不会对环境造成影响和有利于降低贮煤损耗等突出的优点。福建漳州后石电厂和浙江宁海电厂先后建成了直径为120m的大型筒仓，其结构形式是沿环向每隔一定距离设置了竖直温度缝，筒仓被分隔成一个个受力相互独立的挡煤墙，为抵抗煤压力产生的水平推力，挡煤墙背后设计了结构尺寸很大的扶壁柱，挡煤墙结构按挡土墙设计方法进行设计。我们在2004年和广东电力设计院合作首次提出整体式贮煤筒仓的设计理念，即在沿筒仓壁环向不设竖直温度缝，充分利用混凝土仓壁环向钢筋承担煤压力和上部屋面网架结构所产生的水平推力，这样可以取消扶壁柱结构，有效地减小仓壁截面尺寸，桩基以及地基基础的工程量，从而获得巨大的经济效益。
近几年来，我们一直在开展整体式贮煤筒仓以及基础处理的设计咨询研究，主要采用有限元数值仿真分析与现场实测相结合的方法。数值方面，通过建立包括筒仓结构、基础承台、桩基和周围土体在内的三维有限元模型，进行弹塑性非线性计算分析，主要研究内容和成果如下：
（1） 荷载问题
煤筒仓结构的主要荷载来自于温度和堆煤。通常情况下，将堆煤荷载简化为一定分布形式的水平侧压力与竖直压力分别直接施加在仓壁结构和地基基础上，不考虑煤与地基、仓壁之间的相互作用特别是摩擦力作用。为了弄清堆煤荷载的分布形式及其对结构特别是基础的影响机理，我们直接将煤作为结构的一部分进行模拟，考虑煤与基础，结构的相互作用及煤自身的力学性能。另一方面，温度荷载分为季节温升、季节温降和由于堆煤引起的内外温差，对于这三种温度荷载作用产生的内力分布进行了模拟，得到了许多有意义的分析结果。
（2） 隔热问题
数值分析表明，内外温差荷载在筒壁结构中产生的内力较大，因此选择好的隔热材料与隔热措施非常重要。研究针对不同的隔热材料与隔热措施，分析它们的稳态温度场以及产生的温度应力，比较隔热效果。分析结果表明：混凝土槽型板能够使仓壁内外温差间较少70%以上，隔热效果最好。
（3） 结构形式优化
合理的结构形式可以明显改善筒仓结构的受力分布，特别是温度应力的影响。研究针对三种结构形式：筒仓仓壁为变厚度的壳体；较薄壳体—竖向肋柱的整体结构；较薄壳体—竖向肋柱—环梁组成的格构式整体结构，比较它们在主要荷载下的受力分布，侧向刚度和配筋量，结果表明：第二种结构形式最优。
（4） 地基处理
堆煤区的竖向煤压将使基础土体产生沉降和水平径向位移，进而对仓壁承台下的桩基产生较大的负摩擦力和水平推力，正确计算分析这两个作用力及其对桩内力分布的影响并提出合理的桩基设计方案对筒仓基础设计至关重要。尤其在软土地区，该问题更加突出。在堆煤区通常进行复合地基（预应力管桩，混凝土搅拌桩等+碎石垫层）处理，通过桩上碎石垫层的土拱作用，将大部分的堆煤荷载通过桩传至深层地基土上，只有小部分荷载直接作用在基础土体上，有效地减少对筒壁结构桩基的水平作用。我们的研究主要集中复合地基的工作原理，包括桩土之间的荷载分担比以及影响因素等，取得了与现场试验比较接近的结果。
从2004年以来，我们先后受广东电力设计院（广东汕尾电厂）、广东河源电厂（中南电力设计院设计）、江苏电力设计院（陕西西安灞桥电厂）、河南电力设计院（河南洛阳孟津电厂）、江苏镇江谏壁电厂（华东电力设计院设计）、山东电力咨询院（山东淄博白杨河电厂）、东北电力设计院（东北营口电厂）、西北电力设计院（广州南沙华润电厂）和福建电力设计院等委托、共进行了9个圆形煤场包括基础在内的设计咨询，其中3个已建成并投入使用，其余均在施工阶段。