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        肋式筒倉基礎(chǔ)受力的有限元分析計(jì)算

        2016-10-05 01:22:58嚴(yán)昭君馬祥喜
        河南建材 2016年5期
        關(guān)鍵詞:筒倉云圖受力

        嚴(yán)昭君 馬祥喜

        河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司(450002)

        肋式筒倉基礎(chǔ)受力的有限元分析計(jì)算

        嚴(yán)昭君馬祥喜

        河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司(450002)

        介紹了工業(yè)建筑中筒倉基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中使用環(huán)肋式筒倉基礎(chǔ)的力學(xué)分析計(jì)算,通過有限元計(jì)算分析對(duì)比,給出了計(jì)算分析上的可行性及經(jīng)濟(jì)性。

        筒倉;筒倉基礎(chǔ);肋式筒倉基礎(chǔ);有限元計(jì)算;筒倉基礎(chǔ)有限元分析

        筒倉結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中是一種常見的貯存結(jié)構(gòu),被用來存貯原材料、燃料、糧食、工業(yè)成品或半成品等。筒倉的結(jié)構(gòu)形式有多種,一般是根據(jù)工藝流程、場地條件和施工情況等綜合比較確定。筒倉的基礎(chǔ)形式,則是根據(jù)地基條件、上部荷載和上部結(jié)構(gòu)形式等多項(xiàng)情況綜合考慮確定。目前,工程中使用較多的筒倉基礎(chǔ)形式有:環(huán)形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、樁式基礎(chǔ)等。文章將結(jié)合工程實(shí)例,依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),通過分析比較來簡要介紹肋式筒倉基礎(chǔ)的受力分析及設(shè)計(jì)、使用的可行性。

        1 工程概況

        某水泥廠圓形水泥庫,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),庫直徑18m,高度55.0m,倉內(nèi)儲(chǔ)料為水泥。倉壁厚度350mm,12.470m以下筒壁厚度600mm,地面上筒壁上開洞4500mm×5000mm,供散裝車輛通行使用。筒倉及基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40,受力鋼筋采用HRB400級(jí)。

        所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度(設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.30g),設(shè)計(jì)地震分組為第一組,基本風(fēng)壓0.50kN/m2,地面粗糙度為B類。依據(jù)地勘報(bào)告及其他條件,基礎(chǔ)埋深為-5.500m。地基承載力特征值為fak=600kPa。初步計(jì)算分析,該筒倉地基不需處理,可以直接使用天然地基。

        2 工程設(shè)計(jì)概況

        依據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等國家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范,該筒倉采用環(huán)形基礎(chǔ),以手算的方式進(jìn)行計(jì)算。

        根據(jù)計(jì)算,環(huán)形基礎(chǔ)寬度9.80m,庫內(nèi)側(cè)懸挑長度B1=5.65m,外側(cè)懸挑長度B2=4.15m?;A(chǔ)厚度根部為H=3.00m,端部高度H1=1.5m。計(jì)算簡圖及設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1。

        此筒倉基礎(chǔ)形式簡單,能滿足受力要求。但是,因?yàn)槭芑A(chǔ)形式的影響,基礎(chǔ)整體厚度偏大,混凝土及鋼筋用量也大。設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)基礎(chǔ)形式加以改進(jìn)。

        圖1 筒倉簡圖及設(shè)計(jì)結(jié)果

        3 有限元分析對(duì)比

        為了減少筒倉基礎(chǔ)的鋼筋混凝土用量,設(shè)計(jì)上在基礎(chǔ)底面積不變的情況下,對(duì)環(huán)形基礎(chǔ)的基礎(chǔ)形式進(jìn)行改進(jìn):沿圓周均勻設(shè)置18道徑向的鋼筋混凝土肋,肋厚度500mm,基礎(chǔ)底板厚度減小為800 mm。肋式基礎(chǔ)3D簡圖如圖2。

        圖2 肋式基礎(chǔ)3D圖

        以下將使用計(jì)算軟件STAADprov8i進(jìn)行筒倉整體有限元分析計(jì)算,根據(jù)筒倉的實(shí)際大小,將筒倉沿圓周環(huán)向劃分為36格,豎向劃分為高度約1m的板進(jìn)行建模。分別按照環(huán)形基礎(chǔ)和肋式基礎(chǔ)建模,通過分析對(duì)比環(huán)形基礎(chǔ)與肋式基礎(chǔ)各部位的受力,研究肋式基礎(chǔ)的可行性及經(jīng)濟(jì)性。

        圖3~圖6是環(huán)形基礎(chǔ)的應(yīng)力圖,圖7~圖10是肋式基礎(chǔ)的應(yīng)力圖。

        圖3 環(huán)形基礎(chǔ)板面最大應(yīng)力云圖

        圖4 環(huán)形基礎(chǔ)板底最大應(yīng)力云圖

        圖5 環(huán)形基礎(chǔ)板面最大應(yīng)力云圖

        圖6 環(huán)形基礎(chǔ)板底最大應(yīng)力云圖

        圖7 肋式基礎(chǔ)板面最大應(yīng)力云圖

        圖8 肋式基礎(chǔ)板底最大應(yīng)力云圖

        圖9 肋式基礎(chǔ)板面最大應(yīng)力云圖

        圖10 肋式基礎(chǔ)板底最大應(yīng)力云圖

        4 分析比較結(jié)果

        通過上述模型的計(jì)算情況可知,兩個(gè)模型上部結(jié)構(gòu)相同、基礎(chǔ)底面積相同,只有基礎(chǔ)形式不同。環(huán)形基礎(chǔ)根部厚度為3.0m,基礎(chǔ)底板受力形式沿徑向?yàn)榧儜姨舭?;肋式基礎(chǔ)肋高4.0m,肋厚0.5m,此肋將下部0.8m厚的底板在庫壁內(nèi)外各分成18個(gè)區(qū)格,基礎(chǔ)底板受力形式為三邊固定一邊自由的板,而且跨度較小。肋式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)果如圖11。

        圖11 肋式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)果

        從上述計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力圖可知,肋式基礎(chǔ)底板和肋板的應(yīng)力均不大,無論在垂直荷載作用下,還是在地震荷載的偏心作用下,基礎(chǔ)底板、肋板的應(yīng)力均在合適的范圍內(nèi)。從混凝土用量分析,環(huán)形基礎(chǔ)的混凝土用量為1260m3,此肋式基礎(chǔ)的混凝土用量為565m3。肋式基礎(chǔ)節(jié)約混凝土用量695m3(約55.2%),而此基礎(chǔ)配筋率比環(huán)形基礎(chǔ)增加不多,施工中避免了大體積混凝土澆筑產(chǎn)生的一些問題,施工亦無太大難度。從工廠造價(jià)來看,這樣一個(gè)筒倉基礎(chǔ)節(jié)約工程造價(jià)約80萬元,當(dāng)一條生產(chǎn)線中設(shè)計(jì)1個(gè)均化庫,1個(gè)熟料庫,3個(gè)或者6個(gè)水泥庫時(shí),這種基礎(chǔ)的應(yīng)用可以節(jié)約很多混凝土用量,工程經(jīng)濟(jì)效益明顯。由此可見,此種形式基礎(chǔ)是一種受力合理、經(jīng)濟(jì)適用的筒倉基礎(chǔ),可以在工程設(shè)計(jì)中根據(jù)情況加以使用推廣。

        [1]貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組編.貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國建筑工業(yè)出版社,1999.

        [2]GB50077-2003,鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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