大直径预应力混凝土筒仓仓壁的受力有限元分析

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混凝土筒仓具有占地面积小、仓容量大、便于机械化作业等诸多优点,在现代农业、矿业、建材、化工、电力、物流等诸多领域中得到了越来越广泛的应用。近年来,随着预应力混凝土技术的日趋成熟,混凝土筒仓的直径和高度都有了很大的提高。但是在复杂的受力情况共同作用下,80%以上的混凝土筒仓会在使用中产生裂缝,由此发生安全事故,对国家和社会造成巨大的经济损失。本文以实际工程为例,在查阅大量文献资料的基础上,主要做了如下工作: 1、根据实际工程,利用大型通用有限元分析软件 ANSYS,建立有限元、模型,并按照我国混凝土筒仓规范的要求,选取并输入计算参数,分析仓壁受力的情况和可能出现裂缝的区域。 2、推导了贮料侧压力计算公式,并用本文自己推导的公式、我国筒仓规范、Coulomb理论、Rankine理论、Janssen理论、Airy理论和Reimbert方法计算出的贮料侧压力值,分别对有限元模型进行加载,分析其应力云图。 3、模拟预应力钢筋的分布情况,通过对预应力钢筋施加初始应变,研究空仓和满仓时仓壁的应力分布。 4、通过优化设计,提出改进后的预应力钢筋布置方案,重新建立有限元模型,使仓壁的受力更加合理,同时降低工程造价。 研究结果表明:仓壁最有可能出现裂缝的区域在仓壁1/3以下,最大动态壁压产生于仓壁和框架柱接触的区域上方;用本文推导的公式进行仓壁内力计算是偏于安全的,具有一定的工程实用价值;预应力钢筋对仓壁裂缝的控制具有很好的效果,分析结果表明,裂缝控制的效果的大小与预应力钢筋的位置和配筋率有较大关系。同时,预应力钢筋的合理布置还可以使仓壁的受力更加合理,降低造价,节约成本。 本文通过对大直径混凝土筒仓的受力分析,希望能为今后这方面的设计和研究提供一些参考意见。
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