落地式鋼板筒倉(cāng)受力性能的分析與研究.pdf

1、落地式鋼板筒倉(cāng)是鋼板筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)中的一種，由于直接支承于地面，故倉(cāng)儲(chǔ)量較大，單倉(cāng)直徑可達(dá)到100m，單倉(cāng)倉(cāng)儲(chǔ)量可達(dá)到100，000噸，是目前鋼板筒倉(cāng)中應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。我國(guó)對(duì)落地式鋼板筒倉(cāng)的研究尚處于起步階段，雖有《糧食鋼板筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50322-2001)為設(shè)計(jì)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(chǔ)料荷載中僅有靜態(tài)儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁的作用力計(jì)算，并未包括卸料狀態(tài)、特別是偏心卸料狀態(tài)下儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁的作用力計(jì)算，由

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

3、會(huì)得到不準(zhǔn)確的結(jié)果。本文以落地式鋼板筒倉(cāng)為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)、有限元和顆粒流等手段對(duì)落地式鋼板筒倉(cāng)的靜力和動(dòng)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(duì)卸料時(shí)儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁作用力的分布形式和大小進(jìn)行了研究，分為以下幾個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)了落地式鋼板筒倉(cāng)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別為一個(gè)鋼板筒倉(cāng)和一個(gè)有機(jī)玻璃筒倉(cāng)，設(shè)計(jì)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(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀記錄了卸料過(guò)

4、程中倉(cāng)壁上應(yīng)變的變化情況，總結(jié)出了各種卸料工況下倉(cāng)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(cāng)壁應(yīng)變得到了儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁的側(cè)壓力，由各種不同卸料工況下儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁側(cè)壓力的分布規(guī)律，得到了卸料時(shí)儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)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(shí)儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)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(duì)筒倉(cāng)卸料進(jìn)行了參數(shù)化分析，包括儲(chǔ)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(cāng)的宏觀參數(shù)——高徑比、卸料口直徑與筒倉(cāng)直徑之比和卸料口的偏心率，并對(duì)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(chǔ)料對(duì)倉(cāng)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(duì)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(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁側(cè)壓力的結(jié)果，總結(jié)出了卸料時(shí)儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁側(cè)壓力的計(jì)算方法。
　　 2．采用有限元程序ABAQUS，對(duì)落地式鋼板筒倉(cāng)的圓柱形倉(cāng)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(cāng)壁的高徑比、倉(cāng)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(gè)方面：(1)對(duì)軸壓和均勻內(nèi)壓共同作用下倉(cāng)壁圓柱殼的彈性屈曲承載力進(jìn)行了計(jì)算分析，并與規(guī)范結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。(2)對(duì)軸壓和均勻內(nèi)壓共同作用下倉(cāng)壁圓柱殼體的彈塑性屈曲承載力進(jìn)行了計(jì)算分析，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的數(shù)值擬合，得到了其彈塑性屈曲承載力的計(jì)算公式。(3)

7、對(duì)軸壓和不均勻內(nèi)壓共同作用下倉(cāng)壁圓柱殼體的彈性和彈塑性屈曲承載力進(jìn)行了計(jì)算分析，通過(guò)對(duì)計(jì)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(jì)算公式。
　　 3．對(duì)地震作用下落地式鋼板筒倉(cāng)的動(dòng)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(gè)方面的內(nèi)容：(i)采用PFC2D顆粒流程序，對(duì)落地式鋼板筒倉(cāng)的動(dòng)力性能進(jìn)行了研究，包括了3種高徑比的筒倉(cāng)，采用了正弦地震波，得到了各種峰值加速度下儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁水平地震作用的分布形式和大小，在倉(cāng)壁

8、完全剛性的基礎(chǔ)上，得到了儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁水平地震作用計(jì)算的簡(jiǎn)化公式。(2)設(shè)計(jì)了兩個(gè)鋼板筒倉(cāng)模型，輸入El-Centro、Taft和正弦三種地震波，進(jìn)行了兩個(gè)鋼板筒倉(cāng)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，得到了振動(dòng)過(guò)程中倉(cāng)壁不同位置應(yīng)變和加速度的變化情況，并對(duì)其基本規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)一種逆推法，由倉(cāng)壁的環(huán)向應(yīng)變得到了振動(dòng)某時(shí)刻儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁的動(dòng)態(tài)側(cè)壓力，對(duì)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(jiǎn)倉(cāng)高度的分配方法，得到了儲(chǔ)料對(duì)倉(cāng)壁水平作用力的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

9、
　　 4．對(duì)落地式鋼板筒倉(cāng)的其它值得研究的問(wèn)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(jiǎn)倉(cāng)的靜、動(dòng)力設(shè)計(jì)方法，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：(1)倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，包括倉(cāng)頂斜梁的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法和倉(cāng)頂斜梁雙力矩的計(jì)算公式。(2)采用ANSYS程序，建立了落地式鋼板筒倉(cāng)參數(shù)化建模、加載和計(jì)算的整個(gè)流程，對(duì)鋼板筒倉(cāng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的探討。(3)對(duì)空倉(cāng)狀態(tài)下風(fēng)荷載作用下鋼板筒倉(cāng)的屈曲性能進(jìn)行了初步研究