搭接节点圆柱钢筒仓稳定性能研究

摘要

落地式钢筒仓是一种存储松散物料的立式仓库容器，广泛应用农业、冶金、煤炭、电力等诸多领域。钢筒仓通常采用带有搭接节点的大量卷曲钢板焊接而成，沿筒仓周向的搭接节点会在筒壁垂直方向引起局部偏心，导致产生局部弯曲应力，不利于结构的稳定性能。本文以实际工程为例，通过与筒壁对接钢筒仓的对比分析了筒壁搭接钢筒仓的稳定性能。
　　 本文首先利用《粮食钢板筒仓设计规范》[39](GB50322-2001)和欧洲规范[29]对钢筒仓仓壁稳定性进行了验算，结果表明，按《粮食钢板筒仓设计规范》[39]计算的稳定承载力高于按欧洲规范[29]对搭接筒仓的规定计算的稳定临界应力。
　　 为详细分析筒壁搭接筒仓的稳定性能，本文利用有限元数值分析软件ADINA分别建立筒壁搭接和筒壁对接筒仓的模型，施加按《粮食钢板筒仓设计规范》[39]计算的荷载，考虑轴压下及有内压作用时两种荷载情况，进行了线性屈曲分析、弹性材料和弹塑性材料几何非线性屈曲分析，分析了材料非线性和筒壁搭接对稳定性能的影响。分析表明，轴压下筒壁搭接对稳定承载力的不利影响比较明显，而有内压作用时两种筒壁钢筒仓屈曲临界荷载相差不大。
　　 作为一种薄壳结构，钢筒仓稳定承载力受几何缺陷影响，本文引入一致模态缺陷对筒壁搭接和筒壁对接筒仓，同样考虑轴压下及有内压作用时两种荷载情况，进行弹性材料和弹塑性材料几何非线性屈曲分析。分析了材料非线性、几何缺陷和筒壁搭接对稳定性能的影响。缺陷幅值大小取为最底层板厚时，分析表明，轴压下比考虑内压作用时钢筒仓对初始缺陷更为敏感，轴压下对几何缺陷的敏感性，降低了筒壁搭接引起的附加弯矩对稳定承载力的不利作用;而考虑内压影响时，几何缺陷和筒壁搭接引起的附加弯矩共同作用降低了稳定承载力。轴压及内压作用时非完善筒仓的变形分别与两种荷载情况下的特征值屈曲变形类似，非完善筒仓的变形与考虑的几何缺陷有关。取不同缺陷幅值大小时的非线性分析表明，随缺陷幅值的增加，轴压下筒壁搭接对屈曲临界承载力产生的不利影响逐渐降低，考虑内压作用时，引入初始缺陷增加了搭接节点对筒仓稳定性能产生的不利作用。