【摘要】：鋼板筒倉以其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能廣泛應(yīng)用于糧食、煤炭、水泥、電力、化工等各行業(yè)。但由于相關(guān)理論的研究滯后于實際工程的建設(shè),不可否認(rèn)的是關(guān)于鋼板筒倉的破壞事故也越來越多。其理論研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)主要表現(xiàn)在儲料荷載的正確計算、缺陷對鋼板筒倉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響以及地震中儲料顆粒間的摩擦對地震作用的減弱等方面。同時,鋼板筒倉常年暴露在大氣中,受到太陽輻射而產(chǎn)生非均勻的溫度效應(yīng),對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。本文即結(jié)合實際工程,采用數(shù)值模擬分別對鋼板筒倉由于卸料引起的壓力增大效應(yīng)、太陽輻射對結(jié)構(gòu)性能的影響以及其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析和研究,最后,對一大型水泥鋼板倉進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,并用ANSYS對其進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。通過和國外規(guī)范的對比,發(fā)現(xiàn)我國規(guī)范深倉采用Janssen理論,淺倉采用Rankine理論,而國外均采用Janssen理論,且我國水平側(cè)壓力修正系數(shù)取值偏大,豎向摩擦力修正系數(shù)偏小,未考慮儲料偏心的影響。針對大型落地式鋼板筒倉,采用顆粒流分析程序PFC2D對其進(jìn)行了裝料和卸料過程的數(shù)值模擬,并結(jié)合國外規(guī)范給出了筆者對于這兩個修正系數(shù)的建議取值。在分析太陽輻射時,考慮了輻射陰影的影響,并提出了陰影的計算方法,然后通過ANSYS,分四種工況分析了各自的非均勻溫度場分布,進(jìn)而得到了考慮太陽輻射陰影引起的非均勻溫度場對結(jié)構(gòu)性能的影響,發(fā)現(xiàn)考慮太陽輻射陰影,單面對流換熱工況對結(jié)構(gòu)的影響最大。將通常鋼板筒倉結(jié)構(gòu)的縱向柱和環(huán)梁尺寸加大,并采取合理的布置方式,提出以梁柱為受力主體的筒倉梁柱結(jié)構(gòu)形式,通過36個不同高徑比和直徑MIDAS模型的對比分析,得到一些關(guān)于鋼板筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計時,結(jié)構(gòu)布置的合理化建議,包括結(jié)構(gòu)形式的選擇、縱向立柱和環(huán)梁的變截面布置方案以及需要加強(qiáng)的區(qū)域。對于更大直徑的鋼板筒倉(R30m),可考慮采用梁柱結(jié)構(gòu)形式。最后對一個23m直徑的水泥鋼板筒倉進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括結(jié)構(gòu)方案到構(gòu)件布置、荷載的確定、模型的建立、靜動力分析以及對結(jié)果的評價,在滿足規(guī)范要求下,結(jié)構(gòu)安全性較好。在此基礎(chǔ)上,用ANSYS對其進(jìn)行了特征值屈曲分析和考慮幾何材料雙重非線性的分析,分析時按空倉和實倉進(jìn)行,結(jié)果表明風(fēng)荷載對空倉的穩(wěn)定性影響較大,水平內(nèi)壓對實倉穩(wěn)定的有利作用不可小覷,鋼板筒倉結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)敏感的非線性特性,表現(xiàn)出“象腳”式破壞。
[Abstract]:Steel silo is widely used in grain, coal, cement, electric power, chemical industry and other industries because of its superior structure and performance. However, because the research of related theory lags behind the construction of practical engineering, it is undeniable that there are more and more damage accidents about steel plate silo. The key and difficult points of its theoretical research are mainly manifested in the correct calculation of storage load, the influence of defects on the stability of steel plate silo structure and the weakening of seismic action by friction between storage particles during earthquake. At the same time, the steel plate silo is exposed to the atmosphere all the year round, resulting in non-uniform temperature effect caused by solar radiation, which has a negative effect on the structure. In this paper, combined with practical engineering, the effect of pressure increase caused by unloading, the influence of solar radiation on structural performance and its structural form are analyzed and studied by numerical simulation. The structural design of a large cement steel plate silo is carried out and its stability analysis is carried out by ANSYS. By comparing with foreign codes, it is found that Janssen theory is used in deep warehouse and Rankine theory in shallow warehouse, while Janssen theory is used in foreign countries, and the correction coefficient of horizontal side pressure in China is too large and the correction coefficient of vertical friction is too small. The influence of material eccentricity is not taken into account. Aiming at the large landing steel plate silo, the numerical simulation of the loading and unloading process is carried out by using the particle flow analysis program PFC2D, and the author's suggested values for these two correction coefficients are given in combination with the foreign codes. In the analysis of solar radiation, the influence of radiation shadow is considered, and the calculation method of shadow is put forward, and then the distribution of non-uniform temperature field is analyzed by ANSYS, in four working conditions. Furthermore, the influence of non-uniform temperature field caused by solar radiation shadow on the structure performance is obtained. It is found that the single side convective heat transfer condition has the greatest influence on the structure considering the solar radiation shadow. The longitudinal column and ring beam size of the steel plate silo structure are increased, and the structure form of the silo beam column with Liang Zhu as the main force is put forward by adopting a reasonable arrangement. Through the comparative analysis of 36 MIDAS models with different height to diameter ratio and diameter, the structure of the silo beam column with Liang Zhu as the main force is put forward. Some reasonable suggestions on the structural layout of steel plate silo structure are obtained, including the selection of structural form, the variable section arrangement scheme of longitudinal column and ring beam, and the areas to be strengthened. For larger diameter steel plate silo (R 30m), Liang Zhu structure can be considered. Finally, a 23m diameter cement steel plate silo is designed, including structural scheme to member arrangement, load determination, model establishment, static and dynamic analysis and evaluation of the results, under the condition of meeting the requirements of the code, The structure is safe. On this basis, the eigenvalue buckling analysis and the double nonlinear analysis considering geometric materials are carried out by ANSYS. The results show that the wind load has a great influence on the stability of the empty warehouse. The favorable effect of horizontal internal pressure on the stability of the silo should not be underestimated. The steel silo structure has very sensitive nonlinear characteristics, showing "elephant foot" failure.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU392.4

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本文編號：2481353