装配式钢板筒仓仓壁开孔应力集中及补强方案研究

【摘要】：装配式钢板筒仓作为一种新型薄壁结构，由于具有占地面积小、贮藏量大、建造速度快等优点，现已成为各国各地中转与储存物料的一种重要仓型。为了满足工艺要求，常在装配式钢板筒仓仓壁上开设孔洞，尤其是在仓壁底部开设人孔。孔洞导致结构的几何连续性遭到破坏，产生明显的应力集中，将降低结构的承载能力和使用寿命。我国现行《粮食钢板筒仓设计规范》（GB50322-2011）仅给出了计算焊接粮食钢板筒仓仓壁洞口应力计算方法，并未给出补强方案。本文对装配式钢板筒仓仓壁开孔处应力集中进行分析研究，并提出具体的补强方案，具有实际工程意义。 本文以开有人孔的某实际工程装配式钢板筒仓为研究对象，利用有限元软件ANSYS，建立承受内压与轴压圆柱壳体底部开孔结构有限元模型，通过计算开孔形状、开孔尺寸对仓壁开孔处应力集中的影响，总结得出仓壁开孔应力集中的变化规律。同时，参考压力容器补强圈补强方法，提出并验证两种装配式钢板筒仓仓壁矩形开孔补强方案的可行性。主要工作与结论如下： (1)分别针对装配式钢板筒仓开矩形人孔和开圆形人孔的结构形式，利用有限元软件ANSYS，建立承受内压与轴压圆柱壳体底部开孔结构有限元模型，通过计算两种开孔形状下的不同开孔尺寸对仓壁开孔处应力集中的影响发现，无论仓壁开孔形状如何，随着仓壁开孔尺寸的增大，仓壁开孔处的应力集中系数出现先增大后减小，达到较小值后趋于平缓，而后继续增大的现象。 (2)借鉴压力容器开孔补强方法，装配式钢板筒仓仓壁开孔补强方案可采用补强圈补强方法，利用有限元分析软件ANSYS，选取并建立两种承受内压与轴压仓壁矩形开孔补强结构模型，对比分析两种模型补强前后的受力与变形情况，得出补强效果明显的结论。