水泥庫庫底錐體有限元計算分析

葉海東++張靜++林毅

摘 要：本文主要針對實際工程中水泥庫關(guān)鍵部位的庫底錐體，利用Midas和Sap2000兩種不同軟件進行有限元計算分析和比較。研究了庫底錐體殼厚、環(huán)梁大小等參數(shù)對庫底錐體受力的影響，得出一些對該類結(jié)構(gòu)設(shè)計有參考意義并具有規(guī)律性的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：水泥庫 庫底錐體 環(huán)梁 有限元

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司設(shè)計的水泥熟料生產(chǎn)線工程中的水泥庫（見圖1），內(nèi)徑22.5 m，庫體總高度55 m，庫底錐體起點標高12.8 m，尺寸詳見圖2。由于庫底錐體空間受力復(fù)雜，本文采用Midas和Sap2000軟件，對實際工程中的水泥庫中庫底錐體結(jié)構(gòu)進行計算分析，考慮了錐體的殼厚、圈梁大小等參數(shù)不同情況下，對庫底錐體受力所產(chǎn)生的影響。通過分析計算結(jié)果，得出一些對該結(jié)構(gòu)設(shè)計具有參考性的結(jié)論。

1 水泥庫基本參數(shù)

在理論計算中，根據(jù)筒倉內(nèi)的儲糧計算高度（hn）與圓形倉內(nèi)徑（dn）之比，將筒倉分為深倉和淺倉。hn/dn<1.5為淺倉，hn/dn≥1.5為深倉[1]。本項目的水泥庫為深倉。

作用于水泥庫的荷載有：自重及恒載DL，貯料作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv，貯料作用于環(huán)梁以上部分的筒倉壁底部單位面積上的水平壓力Ph，貯料作用于環(huán)梁以上部分的筒倉壁底部以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力Pf[1]。

2 計算分析

采用Midas和Sap2000兩種有限元軟件整體建模，對庫底錐體進行計算分析。分別考慮了四種錐殼厚度及三種環(huán)梁尺寸變化等因素對庫底錐體受力的影響。經(jīng)計算，彎矩很小，下文的計算結(jié)果只給出拉、壓、剪力的數(shù)據(jù)。

2.1 錐殼厚對庫底錐體的影響

參考文獻資料和工程經(jīng)驗[2]，取四種庫底錐殼厚度，分析在荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四種殼厚度變化對結(jié)構(gòu)受力的影響。計算結(jié)果見圖3和表1。

由表1可知：Midas與Sap2000軟件計算結(jié)果很接近。且隨著庫底錐體的殼厚增加，環(huán)梁拉力減小，錐殼環(huán)向所受拉力有所增加，但是環(huán)向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加，最大剪力只存在于環(huán)梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

2.2 環(huán)梁尺寸對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響

這里僅考慮荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的環(huán)梁尺寸變化，對庫底錐體受力的影響，殼厚統(tǒng)一取h0=700 mm。計算結(jié)果見表2。

由表2可知，環(huán)梁尺寸大小對庫底錐體結(jié)構(gòu)的受力影響較明顯。隨著環(huán)梁尺寸的增大，環(huán)梁拉力也增大，錐殼環(huán)向所受拉力減小，但是環(huán)向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

2.3 各種荷載組合對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響

考慮四種荷載工況（（1）1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）；（2）1.2DL+1.3Pv；（3）1.2DL+1.3Ph；（4）1.2DL+1.3Pf）作用下，對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響。環(huán)梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，殼厚取h0=700 mm。計算結(jié)果見表3。

由表3可知，作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導(dǎo)致環(huán)梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優(yōu)化庫底錐體及環(huán)梁的關(guān)鍵。公司首次提出并應(yīng)用的套筒式水泥均化儲存庫可以有效減小水里半徑ρ，從而達到減小Pv、Ph、Pf的目的。

3 結(jié)論

（1）在環(huán)梁尺寸一定的情況下，錐體殼厚的增加會導(dǎo)致環(huán)梁所受拉力減小，錐殼自身的環(huán)向拉力有所增加，但是環(huán)向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加。

（2）在錐殼厚度一定的情況下，隨著環(huán)梁尺寸的增加，環(huán)梁拉力也增大，錐殼環(huán)向所受拉力減小，但是環(huán)向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

（3）最大剪力只存在于環(huán)梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

（4）作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導(dǎo)致環(huán)梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優(yōu)化庫底錐體及環(huán)梁的關(guān)鍵。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 朱建平.子母庫結(jié)構(gòu)設(shè)計朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.endprint

摘 要：本文主要針對實際工程中水泥庫關(guān)鍵部位的庫底錐體，利用Midas和Sap2000兩種不同軟件進行有限元計算分析和比較。研究了庫底錐體殼厚、環(huán)梁大小等參數(shù)對庫底錐體受力的影響，得出一些對該類結(jié)構(gòu)設(shè)計有參考意義并具有規(guī)律性的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：水泥庫 庫底錐體 環(huán)梁 有限元

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司設(shè)計的水泥熟料生產(chǎn)線工程中的水泥庫（見圖1），內(nèi)徑22.5 m，庫體總高度55 m，庫底錐體起點標高12.8 m，尺寸詳見圖2。由于庫底錐體空間受力復(fù)雜，本文采用Midas和Sap2000軟件，對實際工程中的水泥庫中庫底錐體結(jié)構(gòu)進行計算分析，考慮了錐體的殼厚、圈梁大小等參數(shù)不同情況下，對庫底錐體受力所產(chǎn)生的影響。通過分析計算結(jié)果，得出一些對該結(jié)構(gòu)設(shè)計具有參考性的結(jié)論。

1 水泥庫基本參數(shù)

在理論計算中，根據(jù)筒倉內(nèi)的儲糧計算高度（hn）與圓形倉內(nèi)徑（dn）之比，將筒倉分為深倉和淺倉。hn/dn<1.5為淺倉，hn/dn≥1.5為深倉[1]。本項目的水泥庫為深倉。

作用于水泥庫的荷載有：自重及恒載DL，貯料作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv，貯料作用于環(huán)梁以上部分的筒倉壁底部單位面積上的水平壓力Ph，貯料作用于環(huán)梁以上部分的筒倉壁底部以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力Pf[1]。

2 計算分析

采用Midas和Sap2000兩種有限元軟件整體建模，對庫底錐體進行計算分析。分別考慮了四種錐殼厚度及三種環(huán)梁尺寸變化等因素對庫底錐體受力的影響。經(jīng)計算，彎矩很小，下文的計算結(jié)果只給出拉、壓、剪力的數(shù)據(jù)。

2.1 錐殼厚對庫底錐體的影響

參考文獻資料和工程經(jīng)驗[2]，取四種庫底錐殼厚度，分析在荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四種殼厚度變化對結(jié)構(gòu)受力的影響。計算結(jié)果見圖3和表1。

由表1可知：Midas與Sap2000軟件計算結(jié)果很接近。且隨著庫底錐體的殼厚增加，環(huán)梁拉力減小，錐殼環(huán)向所受拉力有所增加，但是環(huán)向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加，最大剪力只存在于環(huán)梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

2.2 環(huán)梁尺寸對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響

這里僅考慮荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的環(huán)梁尺寸變化，對庫底錐體受力的影響，殼厚統(tǒng)一取h0=700 mm。計算結(jié)果見表2。

由表2可知，環(huán)梁尺寸大小對庫底錐體結(jié)構(gòu)的受力影響較明顯。隨著環(huán)梁尺寸的增大，環(huán)梁拉力也增大，錐殼環(huán)向所受拉力減小，但是環(huán)向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

2.3 各種荷載組合對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響

考慮四種荷載工況（（1）1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）；（2）1.2DL+1.3Pv；（3）1.2DL+1.3Ph；（4）1.2DL+1.3Pf）作用下，對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響。環(huán)梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，殼厚取h0=700 mm。計算結(jié)果見表3。

由表3可知，作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導(dǎo)致環(huán)梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優(yōu)化庫底錐體及環(huán)梁的關(guān)鍵。公司首次提出并應(yīng)用的套筒式水泥均化儲存庫可以有效減小水里半徑ρ，從而達到減小Pv、Ph、Pf的目的。

3 結(jié)論

（1）在環(huán)梁尺寸一定的情況下，錐體殼厚的增加會導(dǎo)致環(huán)梁所受拉力減小，錐殼自身的環(huán)向拉力有所增加，但是環(huán)向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加。

（2）在錐殼厚度一定的情況下，隨著環(huán)梁尺寸的增加，環(huán)梁拉力也增大，錐殼環(huán)向所受拉力減小，但是環(huán)向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

（3）最大剪力只存在于環(huán)梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

（4）作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導(dǎo)致環(huán)梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優(yōu)化庫底錐體及環(huán)梁的關(guān)鍵。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 朱建平.子母庫結(jié)構(gòu)設(shè)計朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.endprint

摘 要：本文主要針對實際工程中水泥庫關(guān)鍵部位的庫底錐體，利用Midas和Sap2000兩種不同軟件進行有限元計算分析和比較。研究了庫底錐體殼厚、環(huán)梁大小等參數(shù)對庫底錐體受力的影響，得出一些對該類結(jié)構(gòu)設(shè)計有參考意義并具有規(guī)律性的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：水泥庫 庫底錐體 環(huán)梁 有限元

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司設(shè)計的水泥熟料生產(chǎn)線工程中的水泥庫（見圖1），內(nèi)徑22.5 m，庫體總高度55 m，庫底錐體起點標高12.8 m，尺寸詳見圖2。由于庫底錐體空間受力復(fù)雜，本文采用Midas和Sap2000軟件，對實際工程中的水泥庫中庫底錐體結(jié)構(gòu)進行計算分析，考慮了錐體的殼厚、圈梁大小等參數(shù)不同情況下，對庫底錐體受力所產(chǎn)生的影響。通過分析計算結(jié)果，得出一些對該結(jié)構(gòu)設(shè)計具有參考性的結(jié)論。

1 水泥庫基本參數(shù)

在理論計算中，根據(jù)筒倉內(nèi)的儲糧計算高度（hn）與圓形倉內(nèi)徑（dn）之比，將筒倉分為深倉和淺倉。hn/dn<1.5為淺倉，hn/dn≥1.5為深倉[1]。本項目的水泥庫為深倉。

作用于水泥庫的荷載有：自重及恒載DL，貯料作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv，貯料作用于環(huán)梁以上部分的筒倉壁底部單位面積上的水平壓力Ph，貯料作用于環(huán)梁以上部分的筒倉壁底部以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力Pf[1]。

2 計算分析

采用Midas和Sap2000兩種有限元軟件整體建模，對庫底錐體進行計算分析。分別考慮了四種錐殼厚度及三種環(huán)梁尺寸變化等因素對庫底錐體受力的影響。經(jīng)計算，彎矩很小，下文的計算結(jié)果只給出拉、壓、剪力的數(shù)據(jù)。

2.1 錐殼厚對庫底錐體的影響

參考文獻資料和工程經(jīng)驗[2]，取四種庫底錐殼厚度，分析在荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四種殼厚度變化對結(jié)構(gòu)受力的影響。計算結(jié)果見圖3和表1。

由表1可知：Midas與Sap2000軟件計算結(jié)果很接近。且隨著庫底錐體的殼厚增加，環(huán)梁拉力減小，錐殼環(huán)向所受拉力有所增加，但是環(huán)向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加，最大剪力只存在于環(huán)梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

2.2 環(huán)梁尺寸對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響

這里僅考慮荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的環(huán)梁尺寸變化，對庫底錐體受力的影響，殼厚統(tǒng)一取h0=700 mm。計算結(jié)果見表2。

由表2可知，環(huán)梁尺寸大小對庫底錐體結(jié)構(gòu)的受力影響較明顯。隨著環(huán)梁尺寸的增大，環(huán)梁拉力也增大，錐殼環(huán)向所受拉力減小，但是環(huán)向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

2.3 各種荷載組合對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響

考慮四種荷載工況（（1）1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）；（2）1.2DL+1.3Pv；（3）1.2DL+1.3Ph；（4）1.2DL+1.3Pf）作用下，對庫底錐體結(jié)構(gòu)受力的影響。環(huán)梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，殼厚取h0=700 mm。計算結(jié)果見表3。

由表3可知，作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導(dǎo)致環(huán)梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優(yōu)化庫底錐體及環(huán)梁的關(guān)鍵。公司首次提出并應(yīng)用的套筒式水泥均化儲存庫可以有效減小水里半徑ρ，從而達到減小Pv、Ph、Pf的目的。

3 結(jié)論

（1）在環(huán)梁尺寸一定的情況下，錐體殼厚的增加會導(dǎo)致環(huán)梁所受拉力減小，錐殼自身的環(huán)向拉力有所增加，但是環(huán)向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加。

（2）在錐殼厚度一定的情況下，隨著環(huán)梁尺寸的增加，環(huán)梁拉力也增大，錐殼環(huán)向所受拉力減小，但是環(huán)向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

（3）最大剪力只存在于環(huán)梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

（4）作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導(dǎo)致環(huán)梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優(yōu)化庫底錐體及環(huán)梁的關(guān)鍵。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 朱建平.子母庫結(jié)構(gòu)設(shè)計朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.endprint