大直径混凝土筒仓仓壁内力分析

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1、..-大直径混凝土筒仓仓壁力分析振宇，傅庆旺〔中煤设计工程XX公司，710054〕..word.zl-..-摘要：根据圆柱壳的有矩理论，分别对筒仓在贮料水平压力和温度作用下的仓壁力进展分析，并与有限元的计算结果进展了比照。结果说明：对于大直径筒仓，采用有矩理论或有限元分析的仓壁力比传统的无矩理论计算结果更符合工程实际。关键词：大直径筒仓；有矩理论；温度作用；有限元AnalysisofinnerforceoflargediameterconcretesilowallZhangZhen-yu，FUQing-wang(ChinaCoa

2、lXi’anDesign EngineeringpanyLimited，Xi’an710054，China)Abstract：Theinnerforceofsilowallsubjectedtostoredmaterialpressureandtemperatureactionisanalyzedbasedonthemomenttheoryofcylindricalshells,andtheresultsareparedwiththefiniteelementmethodinthepaper.Theresultsrevealth

3、atinnerforceanalysisofsilowallusingthemomenttheoryorthefiniteelementanalysisaremoreclosetopracticethantraditionalnomomenttheoryforlargediametersilo.Keywords：silo；momenttheory；temperatureaction；finiteelementTD223;TU375目前，我国公布的?钢筋混凝土筒仓设计规?GB50077—2003[1]〔以下简称“规〞〕中规定“对于

4、圆形筒仓或浅圆仓，在远离固定端或约束区的仓壁力，可按无矩理论的薄膜理论计算，但是在仓顶与仓壁、仓壁与仓底以及仓壁与根底等整体连接部位，尚应计算其对仓壁约束的边缘效应。〞那么，如何准确的计算仓壁边缘效应的影响围和程度，一直是工程界广泛研究的课题。另外，关于筒仓仓壁的温度作用，?规?4.1.1条规定“直径21~30m的筒仓可按其最大环拉力的6%计算，直径大于30m的筒仓可按8%计算。〞但是，对于大型及超大型的筒仓，由于直径的加大和对筒仓构件约束条件的不同，仍然按照?规?计算其温度作用，显然是不适用的[2]。因此，本文运用圆柱壳的有矩

5、理论，对一径40m..word.zl-..-筒仓在贮料水平压力和温度作用下的仓壁力进展分析，并与有限元的计算结果进展了比拟，以供类似工程设计参考。1计算简图计算模型为圆形预应力混凝土筒仓，径2r=40m，仓壁高度H=50m，仓壁厚度t=450mm；混凝土强度等级为C40，弹性模量=3.25×104N/mm2，泊松比=0.2，线膨胀系数=1×10-5/℃；贮料的重力密度=10kN/m3，摩擦角=30°，侧压力系数〔45°-/2〕=0.333。对于大直径筒仓，仓上建筑一般采用钢网架或其它型式的大跨度构造，其对仓壁的约束作用相对较小，

6、可以忽略不计；仓壁和筒壁的连接处一般会有刚度很大的环梁，其对仓壁的约束作用很强，可以认为仓壁底部是固接的。基于上述分析，仓壁计算时，其计算简图为上端自由、下端固定的圆柱壳，如图1所示。图1筒仓仓壁计算简图2贮料水平压力下的仓壁力贮料计算高度和仓径之比小于1.5，根据?规?1.0.3条，应按浅仓进展设计。计算时，假定坐标系原点O位于仓壁底部中心，此时，距离O点高度处仓壁贮料水平压力为：〔1〕根据圆柱壳在对任一子午面为对称情况下的有矩理论[3]，仓壁在贮料水平压力作用下的位移为：〔2〕式〔2〕中的四个积分常数、、、是按=0及=H..

7、word.zl-..-两端仓壁的边界条件来确定的。其中，当仓壁高度H很高时，可视其为无限长，很容易得出：〔3〕而、是由以下边界条件来确定：时，，〔4〕于是得到：，〔5〕将式〔3〕、〔5〕代入式〔2〕中，得到贮料水平压力作用下仓壁的位移和相关力：〔6〕〔7〕〔8〕〔9〕〔10〕其中，系数，、、、、分别是贮料水平压力作用下仓壁的位移〔m〕、竖向弯矩〔N·m〕、环向弯矩〔N·m〕、环向力〔N〕和竖向力〔N〕。3外温差作用下的仓壁力筒仓的环境温度作用包括季节温差、仓壁外温差和日照温差。在我国煤炭系统建造的筒仓设计中，对温度作用的计算说明

8、，外温差的作用是主要的，不仅分布广泛而且影响配筋[1]。因此，本文重点分析仓壁在外温差作用下的力分布。仓壁的外温差，式中为外外表温度，其主要取决于环境温度；为外表温度，其主要取决于贮料温度。在..word.zl-..-作用下，仓壁竖向和水平方向产生的温度力和变形