基于有限元的混凝土筒仓结构承载性能分析

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1、基于有限元的混凝土筒仓结构承载性能分析Thebe撕ngc印acityanalysisofconcretesilostnlcturebasedonnniteelemem冯云鹏(合肥水泥研究设计院，安徽合肥230051)摘要：混凝土筒仓结构的受力分析是确保结构安全运行的重要保障。基于大型通用有限元的整体结构仿真分析可使计算结果更接近结构实际情况。本文以某混凝土筒仓结构为例，开展了基于有限元的筒仓结构内力承栽性能的分析及探讨。关键词：有限元；混凝土筒仓；承载性能Abstract：Thestressanalysisofconcretesilosmlctu

2、reisa11iInponantguarallteeforthesafeopention．Thegeneralsimulationanalysisbasedonthe丘niteelementcanmaketheresultsmoreclosetomeaccualshlationofstmcnlre．Intmspaper，theintemalforceandbearillgcapacicyanalysisofaconcretesilos饥lcturesiscarriedoutbasedon丘niteelemenc．Keywords：丘11iteel

3、ement；concretesilo；bearingcapacicy中图分类号：Tu371．1文献标识码：B文章编号：1003—8965(2014)03一0056一02筒仓是农业、矿业、建材、化工、电力等诸多领域中广泛应用的构筑物，由于我国现代化建设的需要，水泥厂的建设和改造蓬勃发展。筒仓是水泥工厂最常用的物料储存的构筑物，由于技术和价格上的制约，国内水泥加工企业的物料仓库以钢筋混凝士结构居多。对于筒仓结构的设计，国内通常采用近似处理的方法进行，对结构进行整体建模分析的很少，因此目前方法对整体结构受力特性分析不够准确。随着计算机技术的发展，大型有

4、限元分析软件得到广泛的应用，如ANSYS、Abaqus等软件，它有强大的前处理和灵活便捷的后处理功能，可以建立复杂的结构细部模型，设定任意荷载，还可以对细部单独建模，将整体分析的结果引入细部模型，使得计算结果更为精确和高效率，与结构的实际受力状况更为一致。图1筒仓网格模型1筒仓结构有限元模型及材料特性以某水泥生料库筒仓结构为例，其外径为23．26m，高61．8m，壁厚0138m；库内锥体以下设有三层平台板，板顶标高分别为3．000m、8．600m、14．166m(地面高程为0．000m)，各层板厚分别为O．4m、O．4m、0．6m：平台板的6根支

5、撑柱沿环向均匀分布，截面尺寸为0。6m×O．6m。用Abaqus程序对筒仓结构进行计算分析，建立有限元模型时将筒仓结构塔筒、平台及椎体均离散为56实体单元。整体坐标采用笛卡尔坐标系，冷却塔模型及网格见图1。为了简化结构与地基的相互作用，将筒仓结构与地基的连接按刚接处理，即边界条件为节点边界条件中的自由度约束。根据工程检测资料，筒仓结构混凝土材料强度等级及材料特性按表1采用。采用线弹性本构模型，不考虑其开裂和塑性，混凝土密度取为25kN／m3，导热系数取为1。74w／(m．k)，混凝土比热取为O74J／(kg·K)。表1材料参数表(单位：MPa)位

6、置检测fcu值fckfcftkftEC仓壁292195313．9520014329512．84底板33．422．3415962151．5330874．47柱343229416．3921815631136．532筒仓结构的分析荷载筒仓结构承受的主要荷载包括结构的自重、储料荷载、温度作用、地震作用和风荷载。由工程检测结果可知，环向受力破坏是筒仓结构的主要因素，上述荷载中，自重、储料荷载和温度作用对环向受力影响较大，故计算中只考虑这三种荷载作用。温度作用又分为季节温差作用和内外温差作用，由于在季节温度作用下，底板对仓壁的约束较弱，仓壁与底板能够协调变形

7、，因此产生的内力很小，可以忽略季节温差的影响，只考虑内外温差的影响。2．1储料荷载根据工程相关资料，水泥储料的重力密度是14kN／m3。储料荷载的计算公式和取值参照《钢筋混凝土筒仓设计规范GB5007—2003》，生料自重简化成对仓壁的水平压力、对仓底和锥体顶面处的竖向压力、对锥体侧面的法向压力。储料荷载计算见下，通过面压力施加。1)仓壁的水平压力贮料顶面以下距离s处，贮料作用于仓壁单位面积上的水平压力Ph(KPa)按下式计算：只=巴矽(1一P～脾节)／∥(1)七=切In。(450一≯／2)(2)式中Ch一深仓贮料水平压力修正系数，堆料顶部至2／

8、3堆料高度段，由1线性增至2，2／3堆料高度段至堆料底部，为2；y为贮料的重力密度(kN／m3)，水泥生料重力密度为14kN／m3；p为