钢筋混凝土筒仓贮料动、静态压力有限元分析

摘要

随着近年来我国水泥工业的快速发展,作为水泥厂重要构筑物的水泥熟料筒仓的使用也越来越广泛。与此同时,一些新的课题也随之而来。一方面,钢筋混凝土筒仓在使用一段时间后,由于反复装、卸料,仓壁出现严重的磨损。另一方面,国内外均发生了筒仓破裂倒塌事故,这些问题的出现都与贮料压力密切相关。
　　 筒仓中的贮料属于散体。散体颗粒之间及颗粒与周围介质之间的相互作用非常复杂,难以用完整精确的理论来描述这一问题。因此,确定贮料侧压力是筒仓设计者需要考虑的最为重要的问题之一,至今,仍然没有一个为全球公认的计算方法。目前,世界上14个主要国家的筒仓规范都是基于修正后的Janssen理论得来的。Janssen公式的静态侧压力计算结果与真实值吻合较好,能够反映贮料静止时筒仓的受力状态,但它没有给出动态侧压力的计算方法,故各国规范均是将动态侧压力简化为静态侧压力与超压系数相乘,无法反映卸料时筒仓的实际受力状态。可见,贮料侧压力,特别是卸料时动态侧压力计算的正确与否直接关系到筒仓结构是否安全、可靠、经济、合理。因此,有必要对筒仓贮料动、静态侧压力进行深入的研究。
　　 在查阅大量相关参考文献的基础上,本文回顾了贮料侧压力研究的发展历程,并结合实际工程,对贮料静态和动态侧压力的分布及变化规律做了进一步研究。本文的主要研究内容及成果如下:
　　 (1)利用大型有限元分析软件ABAQUS建立库底卸料深仓和库侧卸料浅仓三维有限元模型。选用Drucker-Prager本构模型来描述贮料的塑性性质(材料非线性),利用摩擦接触面来模拟贮料与仓壁之间的相互作用(边界条件非线性),计算时考虑了贮料的大变形(几何非线性),分别计算了贮料静态侧压力和动态侧压力。并针对筒仓直径、贮料泊松比、内摩擦角、摩擦系数、密度进行了参数分析。
　　 (2)将有限元分析结果与中国筒仓规范、美国筒仓规范、德国筒仓规范的计算结果进行了比较,为规范的改进提供参考。
　　 (3)通过混凝土耐磨试验,得到了钢筋混凝土筒仓仓壁磨损的简化计算公式。结合有限元分析结果,考虑不同工况,分析仓壁的磨损情况,为筒仓的优化设计和加固提供参考。