资源描述：
2 0 1 4年第 6期 总 2 0 0期 安徽建筑 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 圜 1 2 1 。 ； ． 8 6 4 z 脚a。 一 一2 4 6 8 1 0 叵 图 4、 图 5工况 1 、 工况 2下节点环向应力随温差 变化关 系图 温层 内外温差 为 5 ℃ 、 1 0 ℃ 、 1 5 i 、 2 0 ℃ 、 2 5 ℃ 、 3 0 q c 时对仓壁 环 向应力的影响； ②当仓壁内外温差为 2 0 ℃及 1 0 0 C 极端情况 时，分别分析壁厚值为 0 ． 3 m、 0 ．4 m、 0 ． 5 m、 0 ． 6 m和 0 ． 7 m这五种 情况对仓壁环向应力的影响； ③理想状态下贮灰荷载静力有限 元分析和热 一应力耦合分析中有无保温层对比分析 ， 即在灰库 筒仓热分析的过程中分为 7个工况分别进行讨论。 为了使得分 析情况明 了． 将工况情况列表见表 l 。 同时为了增加计算结果的精确和概括性， 分析中选取了 8 个节点， 其中测点 1 、 3 、 5 、 7 点分别位于仓壁底部、 1 ／ 3高度、 2 ／ 3 高度 、 顶部的外壁 ， 测点 2 、 4 、 6 、 8点分别位于仓壁底部、 1 ／ 3高 度 、 2 ／ 3 高度 、 顶部的内壁。 2 ． 2结果分析 通过热分析并结合灰库内壁贮灰荷载， 得出灰库温度场及 环向应力云图如下。 对计算结果采用图表方式对比分析见图4 、 图 5 。 由图 4 、 图5可以看出， 在保温层作用下工况 2库体内、 外 壁环向温度应力显著低于未设保温层的工况 1 ， 在不设保温层 工况 1下， 库体外壁最大环向拉应力达到 9 ． 4 4 MP a ， 库体内壁 最大环向压应力 一 7 ． 5 4 MP a ， 而增设保温层后的工况 2下， 库体 外壁最大拉应力减小至 3 ． 4 3 MP a ， 库体内壁最大环向压应力减 小至 一 4 ． 7 9 MP a 。 由图6 、 图 7可知， 在热 一结构耦合分析中， 筒仓底部外壁 i 1 点 2 点 3 节点 4 点 5 点 6 i 嫠． 1 8 _ 点 1 ． | 节点 2 点 3 一 点 4 ● 点 5 点 6 ‘ 节点 7 点 8 本受压应力， 随着温度的增加， 在温度应力影响下， 逐步转变为 拉应力， 并持续增大； 筒仓中部内壁本受拉直力， 随温度作用的 增大， 其逐渐转变为压应力 并持续增大； 简仓其余外壁受托应 力的均随温度增大而增大； 简仓其余内壁受压应力的也随温度 增大而增大。可见保温层显著改善简仓内外壁受力性能。 3 计算结果与规范对比 我国 钢筋混凝土筒仓设计规范 G B 5 0 0 7 7 2 0 0 3 中， 在 第 4章 4 ． 1 ． 1 条 中注 明 无实践 经验时 ， 环境 温度作用 按永 久荷 载计算 ，直径 2 1 m～ 3 0 m的筒仓可按其最大环向拉力的 6 ％计 算， 直径大于 3 0 m的简仓可按 8 ％计算。但是现今大量大直径 简仓结构温度应力研究结果表明，温度应力对结构产生的作 用， 往往远大于贮料侧压力对结构产生的作用。表 2为有限尢 计算结果与按规范要求 8 ％计‘ 结果对比。 由表 2可知 ， 随着 内外壁 温差 的持续 增加 ， 内外 壁的 温度 应力 远大于规范所假定 的 8 ％标准 。主要原 凶在 于规 范规 定的 是温度效应造成的环向拉力，而上表对比的是库壁环向应力， 随后通过 m i d a s 计算 ， 对环 向拉 力进行 对 比 ， 发现 当仓壁 内外 温差为 2 0 ℃时 ，温度效应 引起 的最 大环 向拉力 为 1 2 0 k N ／ m， 而 有灰体侧压力引起的最大环向拉力为 1 1 2 6 k N ／ m， 比例为 1 1 ％， 略大于规范规定。由此可知 ， 温度效应对 于筒仓 的环 向拉力影 l { } f ◆ { 虽 安徽建筑 2 0 1 4年第 6期 总 2 0 0期 灰库筒仓分析工况列表 表 1 温度应力计算结果与规范对 比 单位 MP a 表 2 响有限， 而由于分别增大了外壁拉应力和内部压应力， 故而对于筒 仓的环向平面内负弯矩影响较大， 而这是规范没有说明的。 4结论 ①通过对各工况有限元分析得出的环向应力值变化关系可以 看出，整个筒仓结构应力较大的区域出现在距筒仓底部至 1 ／ 3高度 处以及库顶与环梁连接处 ， 主要是由于该区域底板及顶板环梁刚度 较大， 对于筒壁的变形约束强 。 从而导致该处温度应力较大， 该结果 与实际工程 中筒仓结构容易 出现裂缝的区域吻合较好 ， 说 明用有 限 元软件 A n s y s 对筒仓结构进行结构温度分析和静力分析的结果是可 靠的， 在今后设计中， 可在筒壁与底板局部交接处适当增大壁厚， 将 该局部区域设定为变截面。对于环向应力值和位移值相对较大的区 域，可以采取增加环向配筋抵抗应力等措施确保结构整体的稳定 性 。 ②筒仓结构存在内外温差时， 筒仓结构的整体变形特征为筒仓 库壁向外倾斜， 内侧面受压， 仓壁外侧面普遍受拉 ， 而之前工程设计 中普遍采用内壁与外壁环向钢筋面积一致的做法， 这在抵抗实际存 - 圣 - 量 上接 第 1 2 9页 土与钢管的竖向力分配比， 如图 9所示。 7 6． 5 6 5． 5 5 4． 5 4 3 ． 5 3 2． 5 2 1 5 1 _ 圣 _ 量 - 量 量 - 在的温度应力时欠妥 ， 今后设计中， 可相应增加外壁受拉 区配筋 ， 适当减少内壁受压区配筋， 从而使整个结构布置 更加合理， 提高仓壁的抗裂性能。 ③当灰库内外壁温差 2 O ℃时，引起的温度环向拉力 约占最大环 向拉力 1 1 ％左右， 略大于 筒仓规范 中 6 ％ 一8 ％最大环向拉力的规定， 但是其引起的内、 外壁环向压 、 拉应力却远大于 8 ％， 这样就说明温度效应对于仓壁环向 平面内负弯矩影响作用较大， 从而对配筋影响较大， 同时 在气候恶劣地区， 库壁内外温差较大． 按照规范 6 ％～ 8 ％估 算 温度效应较不安全 ， 应 建模 分析 。 ④在灰库外壁使用保温材料后， 有效地降低了温度作 用， 但由于保温层费用较高、 耐久性一般， 当灰库工程所处 地区气候环境较好。 内外壁温差不超过 4 0 C 时 ， 宜采用增 大外壁配筋的方式代替设置保温层， 而在北方等极寒冷地 区， 是否采用保温层， 可根据本文分析方法， 经过热 一结构 耦合计算后确定。 结 参 考 文 献 黎 【 l 】 陈应波， 李秀才， 张雄． 大体积混凝土浇注温度场的仿真分析 计 【 J 】 ． 华中科技大学学报， 2 0 0 4 2 ． 与 [2 ] 张 朝 晖 ．A N S Y S 8 ．0 热 分 析 教 程 与 实 例 解 析 【M ] ．北 京 中 国 铁 耍 道 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 1 田野． 现浇混凝土施工期温度及应力分析【 D l1 ． 1 J 二 海 同济大 用 学 ， 2 0 0 0 ． 【 4 ] 龚召熊． 水工混凝土的温控 与防裂[ M] ． 北京 中国水利水 电出 版社 ， 1 9 9 9 ． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 图 9 核心混凝土与钢管 竖向力分配比 从图 9可 以看 出， 在不 同的竖 向荷载作 用下 ， 钢管 混凝双 肢柱各柱肢核心混凝土与钢管分担的竖向力比值基本在 4 ． 5 ～ 5 之间。 6结论 通过上述对钢管混凝土格构柱的受力监测和非线性有限 元数值模拟分析， 得出以下基本结论。 ①有限元软件 A N S Y S对钢管混凝土双肢柱进行非线性数 值模拟时， 钢管 、 肩梁和缀条单元选用 S o l i d 4 5 ， 核心混凝土单 元选 用 S o l i d 6 5 ，核心混凝土与钢管接触 面上 的混凝土用 T a r g e l T 0目标单元来模拟，钢管接触面用 C o n t a c t | 7 4单元来模 拟，选用的钢材 B K I N和 混凝土 M I S O本构关系都是可行的， 这为类似工程的数值模拟计算提供参考。 ②就本工程而言 ， 在竖向荷载不同的组合作用下， 钢管混 凝双肢柱各柱肢核心混凝土与钢管分担的竖向力比值基本在 4 ． 5 ～ 5之间。 ③从 8 种 吊车 [ 况载荷下钢管混凝土双肢柱钢管的模型 应力云图可以看出， 缀条与钢管连接处的节点是个比较敏感的 部位， 表明缀条的设置影响到双肢柱整体的传力性能。 参考文献 [ 1 】 韩林海， 杨有福． 现代钢管混凝土结构技术[ M ] ． 北京 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 7 ． 【 2 】 钟善桐． 钢管混凝土结构 第 3 版 f M 】 ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 3 ． 【 3 】3 钟善桐 钢管混凝土统一理论研究与应用[ M ] ． 北京 清华大学出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 】 陈宝春， 欧智菁． 四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究I J 1． 建 筑结构， 2 0 0 1 8 ． [ 5 】 廖彦波． 钢管混凝土格构柱轴压性能的试验研究与分析【 D ] ． 北京 清华大学， 2 0 0 9 ． 安 徽 建 筑 固 匡
展开阅读全文
