钢结构方形多出口料仓有限元研究

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1、钢结构方形多出口料仓有限元研究　　摘要：本文对方形多出口料仓的特点进行了ANSYS有限元分析，研究出料仓物料的载荷经验计算，针对多出料口钢仓进行了应力与变形设计分析。关键词：多出口料仓；ANSYS有限元；箱型梁；计算分析中图分类号：TU24文献标识码：A钢仓通常仅作为小型缓冲仓或大型钢筋混凝土筒仓的漏斗使用，随着皮带机输送系统的发展，对钢仓提出了更高的要求，要求钢仓同时具备储料和给配料的功能。通常，当仓壁计算高度与圆形筒仓内径之比大于等于1.5时为深仓，小于1.5时为浅仓。本文研究的钢结构多出口料仓，仓壁直段和倾斜段的尺寸比接近1：1.5，下面有四个出料口，按深仓计

2、算，并对动态压力系数进行选择，同时利用有限元软件对料仓结构进行了分析。1工艺布置及结构形式5方形多出口料仓储料为煤，额定容量为1000吨（1250m3），长12米，宽12米，高15.3米，料仓上部设有给料皮带机，下部设有4个出料口，出料口为圆形，直径为1800mm，料仓出料口处设有棒条闸门，用来给四个破碎机供料，料仓整体全部用钢板和型钢焊接或栓接而成，如图1所示。工艺要求料仓上部设有两条给料皮带机，下部四个出料口分别给四个破碎机供料。如果空间允许，圆形料仓从结构受力方面是优选，而就分料功能而言，矩形料仓则较为简单。根据布置的需要，选择设计为方形料仓，并在料仓中下部位

3、做箱型梁，对四个锥形分料漏斗来说，可起到支架作用，同时还拥有均匀分料的功能。2结构计算模型及计算依据2.1计算依据方形料仓结构的设计资料、图纸，钢结构设计规范（GB50007-2003），钢筯混凝土筒仓设计规范（GB50077-2003）。2.2计算条件：2.2.1料仓结构设计需要计算的载荷种类：恒载DL：料仓结构自重，活载LD：物料作用力。2.2.2荷载组合载荷组合一1.2DL+1.3LD；载荷组合二DL+LD。2.3材料特性整个料仓结构使用的钢板和型材均为Q345B。弹性模量E为210Gpa，泊松系数为0.3，密度均为7.85×103kg/m3。屈服应力295～

4、345Mpa，破坏应力470～630Mpa。2.4Q345B钢材设计值：5钢板厚t≤16mm[δ]=310MPa，钢板厚16≤t≤35mm[δ]=295MPa，钢板厚35≤t≤50mm[δ]=265MPa，钢板厚50≤t[δ]=250MPa。2.5计算采用有限元法。3料仓结构的有限元分析3.1单元选择在进行有限元分析时，需要结合料仓的受力情况和结构特点，料仓是由型钢和钢板焊接或栓接而成的钢结构，将钢结构等效为弹性结构板单元。3.2模型中节点的确定遵循如下原则：模型的节点作为钢结构各部分的连接点，模型的节点作为钢结构的施力点。3.3载荷料仓结构有限元分析时的载荷主要是

5、由储存的物料产生的，物料作用力按深仓计算，物料作用力分布模型如图2所示。3.4约束5料仓共设置二个层面与转运机房连接。有限元分析时将上层面与转运机房梁连接处约束水平方向的线位移，下层面与转运机房梁连接处约束竖直方向的线位移。4计算结果分析因为料仓下部的四个出料口并不总是同时工作，所以物料分布会出现两种情况：物料不均匀分布和满仓物料均匀分布。物料在不均匀分布的情况下，料仓会承受偏压。经过计算分析，当料仓三个出料口满料，一个出料口无料时，偏压情况最为严重。根据载荷组合一，对整个料仓结构进行应力分析，通过应力场普查，位于料仓上部的环形梁支撑处为整个结构最大应力的位置，应力

6、值为151MPa，料仓各部分结构的工作应力值均小于材料设计值，最大变形为7mm，料仓部分点的最大应力值见图3，变形云图见图4。5钢结构方形多出口料仓有限元分析结论5.1以前，对钢结构料仓的设计均是把料仓结构转化为材料力学研究的杆件，计算结果与实际情况差距很大；如今，对钢结构料仓的设计是根据规范手册中对料仓的规定，通过把料仓划分为深仓或浅仓的基础之上进行分析，并采用有限元软件进行三维计算，这种方式更接近料仓结构的实际情况。5.25在对设备进行工艺布置时，应兼顾料仓结构设计。对钢结构多出口料仓来说，如果采用方形仓，结构设计的难点为仓内部区分物料区域的结构上面，采用箱型结

7、构+圆形出料口能很好的解决此类问题，结构受力也比较合理。对于和本文研究的特种结构类似的料仓，可以参照料仓设计规范的相关规定，按照本文提出的设计原则和计算分析方法进行结构设计。参考文献[1]GB50077-2003.钢筋混凝土筒仓设计规范[S].北京：中国计划出版社，2004.[2]李海旺，刘静，树学峰.裤型漏斗型钢贮煤仓散料压力分布研究[J].工程力学，2010.5