大直径预应力混凝土筒仓设计方法研究

摘要

大直径预应力混凝土筒仓（Large-diameter Prestressed Concrete Silo，简称大直径PCS）广泛应用于农业、矿业、化工、电力等领域，是我国国民经济建设中一项不可缺少的构筑物。贮料内压和温度荷载是影响其仓壁受力的主要因素。但是国内目前对大直径PCS在贮料内压、温度作用下的计算理论、设计方法等方面的研究相对欠缺。
　　 本文首先比较了筒仓结构的通用设计方法，并且以有矩理论作为理论基础，针对大直径PCS的设计推导出贮料荷载和温差作用下的仓壁内力计算公式，并对大直径PCS的贮料荷载效应和温度作用效应进行系统的参数研究，探讨了大直径PCS的实用设计方法。本文主要包括如下五个方面的工作：
　　 （1）通过对目前常用的三种筒仓内力计算方法的计算比较，结果表明有矩理论具有较高的计算精度和方便性。
　　 （2）基于有矩理论，推导了大直径PCS在贮料荷载和温度作用下的仓壁内力计算公式，该公式计算结果与有限元软件计算结果非常吻合。
　　 （3）运用有限元软件对大直径PCS在贮料荷载下的效应进行系统的参数分析，涉及的因素包括内径、壁厚、高径比、仓底约束等。基于参数分析结果，拟合出适用于工程设计的仓壁环向力及竖向弯矩的简化计算公式。
　　 （4）探讨了一种仓壁环向预应力筋优化配置方法，并选取某实际工程，对其原设计及优化配筋后的方案分别进行计算，结果表明优化方案的仓壁受力得到明显改善。
　　 （5）运用有限元软件对大直径PCS在温度荷载下的效应进行系统的参数分析，涉及的因素包括仓底约束条件、内径、壁厚、高径比等。研究了温度荷载效应与贮料荷载效应的比例关系，并拟合出相应的函数。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 筒仓结构的建造特点

1.3 筒仓结构的发展概况

1.3.1 混凝土筒仓的发展概况

1.3.2 大直径预应力混凝土筒仓的发展概况

1.4 本课题的研究意义及现状

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究现状

1.5 本文的主要工作

1.6 技术路线

第二章 筒仓结构的力学理论

2.1 圆柱壳的无矩理论

2.2 圆柱壳的有矩理论

2.3 弹性地基梁初参数法

2.3.1 梁的基本方程

2.3.2 Winkler地基上无限长梁

2.3.3 Winkler地基上有限长梁

2.4 三种方法的比较

2.5 本章小结

第三章 大直径PCS在贮料荷载下的受力分析

3.1 分析思路

3.2 筒仓规范中的贮料荷载

3.3 大直径PCS仓壁设计理论分析

3.3.1 仓壁设计的理论基础

3.3.2 仓壁设计理论计算公式

3.4 大直径PCS仓壁设计有限元分析

3.4.1 参数分析方案

3.4.2 建模过程

3.4.3 结果分析

3.5 仓壁内力简化设计公式

3.5.1 仓壁环向力简化计算公式

3.5.2 仓壁环向弯矩设计值

3.6 本章小结

第四章 大直径PCS仓壁预应力优化设计

4.1 环向预应力筋优化方案

4.1.1 基本假定及优化目标

4.1.2 优化设计原理

4.2 工程实例分析

4.2.1 工程概况

4.2.2 设计配筋时仓壁内力分析

4.2.3 优化配筋时仓壁内力分析

4.3 本章小结

第五章 大直径PCS在温度作用下的受力分析

5.1 温度作用概述

5.2 温度作用下仓壁内力理论分析

5.2.1 季节(中面)温差作用下仓壁内力计算

5.2.2 内外温差作用下仓壁内力计算

5.2.3 算例验证

5.3 温度作用下仓壁内力有限元分析

5.3.1 参数分析方案

5.3.2 季节(中面)温差作用

5.3.3 内外温差作用

5.4 温度作用与贮料荷载下仓壁内力二者比值的函数模拟

5.4.1 季节(中面)温差与贮料荷载比较

5.4.2 内外温差与贮料荷载比较

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致 谢