落地式鋼板筒倉受力性能的分析與研究.pdf

1、落地式鋼板筒倉是鋼板筒倉結(jié)構(gòu)中的一種，由于直接支承于地面，故倉儲量較大，單倉直徑可達(dá)到100m，單倉倉儲量可達(dá)到100，000噸，是目前鋼板筒倉中應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。我國對落地式鋼板筒倉的研究尚處于起步階段，雖有《糧食鋼板筒倉設(shè)計規(guī)范》(GB50322-2001)為設(shè)計依據(jù)，但規(guī)范中尚有許多不完善之處，主要包括以下幾點(diǎn)：(1)儲料荷載中僅有靜態(tài)儲料對倉壁的作用力計算，并未包括卸料狀態(tài)、特別是偏心卸料狀態(tài)下儲料對倉壁的作用力計算，由

2、于偏心卸料時儲料對倉壁作用力的不均勻和不對稱性，常對倉壁的屈曲承載力起到控制作用。(2)倉壁的屈曲承載力計算中僅有均勻內(nèi)壓和軸壓共同作用下倉壁的彈性屈曲承載力，并未包括均勻內(nèi)壓和軸壓共同作用下倉壁的彈塑性屈曲承載力計算，以及不均勻內(nèi)壓和軸壓共同作用下倉壁的彈性和彈塑性屈曲承載力計算。(3)以底部剪力法的基本原理規(guī)定了落地式鋼板筒倉各部分所承受的水平地震作用，并未考慮地震作用下儲料與倉壁結(jié)構(gòu)的相對運(yùn)動，故在計算儲料對倉壁的水平地震作用時，

3、會得到不準(zhǔn)確的結(jié)果。本文以落地式鋼板筒倉為研究對象，通過試驗(yàn)、有限元和顆粒流等手段對落地式鋼板筒倉的靜力和動力性能進(jìn)行了分析與研究。本文主要的工作和成果如下：
　　 1．對卸料時儲料對倉壁作用力的分布形式和大小進(jìn)行了研究，分為以下幾個方面：(1)設(shè)計了落地式鋼板筒倉的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停謩e為一個鋼板筒倉和一個有機(jī)玻璃筒倉，設(shè)計了包括中心卸料和偏心卸料在內(nèi)的8種卸料工況，包含了3種卸料口直徑和3種卸料口偏心位置，通過動態(tài)應(yīng)變儀記錄了卸料過

4、程中倉壁上應(yīng)變的變化情況，總結(jié)出了各種卸料工況下倉壁上不同位置應(yīng)變的變化規(guī)律。(2)采用了一種逆推方法，由倉壁應(yīng)變得到了儲料對倉壁的側(cè)壓力，由各種不同卸料工況下儲料對倉壁側(cè)壓力的分布規(guī)律，得到了卸料時儲料對倉壁側(cè)壓力隨卸料口直徑、卸料口偏心位置的基本變化規(guī)律，總結(jié)出了卸料時儲料對倉壁側(cè)壓力的基本分布形式。(3)采用二維和三維顆粒流程序PFC2D和PFC3D，對筒倉卸料進(jìn)行了參數(shù)化分析，包括儲料的細(xì)觀參數(shù)——法向接觸剛度、切向接觸剛度和摩

5、擦系數(shù)，筒倉的宏觀參數(shù)——高徑比、卸料口直徑與筒倉直徑之比和卸料口的偏心率，并對不同顆粒形狀的顆粒體特性進(jìn)行了研究，得到了各種參數(shù)下儲料對倉壁側(cè)壓力沿高度方向（采用PFC2D程序）和圓周方向（采用PFC3D程序）的分布形式，在此基礎(chǔ)上，對各種參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值擬合，并結(jié)合由試驗(yàn)采用擬推法得到的儲料對倉壁側(cè)壓力的結(jié)果，總結(jié)出了卸料時儲料對倉壁側(cè)壓力的計算方法。
　　 2．采用有限元程序ABAQUS，對落地式鋼板筒倉的圓柱形倉壁殼體進(jìn)行

6、了非線性、彈塑性承載力的參數(shù)化分析，包括倉壁的高徑比、倉壁的徑厚比、各種形式的初始幾何缺陷及其缺陷幅值、均勻內(nèi)壓的大小、各種偏心卸料狀況下的不均勻內(nèi)壓形式及其大小等因素，主要內(nèi)容分為以下幾個方面：(1)對軸壓和均勻內(nèi)壓共同作用下倉壁圓柱殼的彈性屈曲承載力進(jìn)行了計算分析，并與規(guī)范結(jié)果進(jìn)行了對比。(2)對軸壓和均勻內(nèi)壓共同作用下倉壁圓柱殼體的彈塑性屈曲承載力進(jìn)行了計算分析，通過對計算結(jié)果的數(shù)值擬合，得到了其彈塑性屈曲承載力的計算公式。(3)

7、對軸壓和不均勻內(nèi)壓共同作用下倉壁圓柱殼體的彈性和彈塑性屈曲承載力進(jìn)行了計算分析，通過對計算結(jié)果的數(shù)值擬合，得到了其彈性和彈塑性屈曲承載力的計算公式。
　　 3．對地震作用下落地式鋼板筒倉的動力性能進(jìn)行了顆粒流模擬和試驗(yàn)研究，主要包括以下兩個方面的內(nèi)容：(i)采用PFC2D顆粒流程序，對落地式鋼板筒倉的動力性能進(jìn)行了研究，包括了3種高徑比的筒倉，采用了正弦地震波，得到了各種峰值加速度下儲料對倉壁水平地震作用的分布形式和大小，在倉壁

8、完全剛性的基礎(chǔ)上，得到了儲料對倉壁水平地震作用計算的簡化公式。(2)設(shè)計了兩個鋼板筒倉模型，輸入El-Centro、Taft和正弦三種地震波，進(jìn)行了兩個鋼板筒倉模型的振動臺試驗(yàn)，得到了振動過程中倉壁不同位置應(yīng)變和加速度的變化情況，并對其基本規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，通過一種逆推法，由倉壁的環(huán)向應(yīng)變得到了振動某時刻儲料對倉壁的動態(tài)側(cè)壓力，對比顆粒流的模擬結(jié)果，修正了規(guī)范中的水平地震作用沿簡倉高度的分配方法，得到了儲料對倉壁水平作用力的簡化計算方法。

9、
　　 4．對落地式鋼板筒倉的其它值得研究的問題進(jìn)行了研究，結(jié)合本文的研究成果和規(guī)范的已有條文，總結(jié)了落地式鋼板簡倉的靜、動力設(shè)計方法，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：(1)倉頂結(jié)構(gòu)的簡化計算方法，包括倉頂斜梁的簡化設(shè)計方法和倉頂斜梁雙力矩的計算公式。(2)采用ANSYS程序，建立了落地式鋼板筒倉參數(shù)化建模、加載和計算的整個流程，對鋼板筒倉的計算機(jī)輔助設(shè)計進(jìn)行初步的探討。(3)對空倉狀態(tài)下風(fēng)荷載作用下鋼板筒倉的屈曲性能進(jìn)行了初步研究