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柱支承钢筒仓稳定性能的数值分析

张骞  
【摘要】:柱支承钢筒仓作为一种简单、经济的结构类型,已广泛应用于矿业、冶金、粮食、水泥等工业领域。近些年来,各国学者对钢筒仓的结构行为,尤其是稳定性能进行了大量的研究,但多数研究主要集中于均匀支承条件下的钢筒仓结构,而对非均匀支承条件下的筒仓结构的受力性能和设计技术的认识还非常有限。目前,我国还没有专门的钢筒仓设计规范,这就给设计人员带来了困难,因此,设计的钢筒仓尤其是柱支承筒仓存在着严重的安全隐患,亦发生了不少钢筒仓倒塌事故。本文以某倒塌柱支承钢筒仓为研究对象,采用线性应力分析、线性特征值屈曲分析、非线性屈曲分析以及时程分析法等数值分析方法,对该类钢筒仓的结构受力特性以及稳定性能进行了系统研究。主要工作内容如下: 1、在对事故筒仓进行现场实测和材性试验的基础上建立了柱支承钢筒仓的有限元模型。分析了筒仓贮料荷载的计算方法,探讨了考虑贮料密度连续变化情况下,筒仓仓壁压力的计算公式。 2、通过线性应力分析得到了是否考虑初始缺陷的两种情况下柱支承钢筒仓在贮料荷载作用下的应力以及变形分布特点。结果表明,支承柱顶端附近的仓壁壳体以及转折连接处的仓壁壳体均出现明显的应力集中现象,且柱顶附近区域也为筒仓径向变形最大的位置,出现明显的凹陷区;并通过特征值屈曲分析,得到柱支承钢筒仓的屈曲模态,从结构的屈曲模态能够看出支柱顶端附近的仓壁壳体最先发生屈曲,支承柱的稳定性能相对较好。此外,初始缺陷的存在也对结构的稳定性产生了不同程度的影响。 3、在线性分析的基础上,对筒仓进行非线性屈曲分析,包括几何非线性屈曲分析和弹塑性屈曲分析,进一步研究了是否考虑初始缺陷的两种情况下柱支承钢筒仓的稳定性能。通过几何非线性屈曲分析得到,在结构屈曲时,仓壁和支柱的最大等效应力均超过材料的屈服强度;而通过弹塑性屈曲分析得到,在结构屈曲时,支柱顶端的附近区域的仓壁壳体会形成一定范围的塑性区,而立柱还处于弹性状态。此外,初始缺陷的存在也对结构的稳定性产生了不同程度的影响。 4、在屈曲分析的基础上,进一步研究了地震作用下不考虑初始缺陷与考虑初始缺陷两种筒仓的动力响应,并得到了相应的应力与位移结果。 5、最后,总结了本文所做的研究成果并提出了进一步的工作展望。 本文的研究成果对柱支承钢筒仓的合理设计具有一定的指导意义和参考价值。


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