王汀

（江蘇省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引言

筒倉結(jié)構(gòu)在建材、糧食、冶金、煤炭等行業(yè)應(yīng)用廣泛，近年來隨著計(jì)算條件的發(fā)展，不少軟件公司都推出了基于有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析軟件。 經(jīng)過實(shí)踐，從建模便捷性、儲(chǔ)料荷載計(jì)算與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)條文的一致性、各工況的疊加和包絡(luò)、計(jì)算分析結(jié)果的合理性等方面來看，YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件表現(xiàn)良好。 現(xiàn)就其在筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建模、加載、計(jì)算前處理、 結(jié)果數(shù)據(jù)分析判斷這幾方面的應(yīng)用過程和注意要點(diǎn)予以概述。

1 建模

YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)筒倉結(jié)構(gòu)建模采取傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層-全樓組裝的方式， 便捷而直觀。 參照《YJK 筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)》[1]，標(biāo)準(zhǔn)層可按支承筒壁、倉底結(jié)構(gòu)、倉壁、倉頂、倉頂房等分層建立。對(duì)于高大筒倉， 應(yīng)把倉壁分段以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)料荷載并布置的目的。 一般倉壁分段高度在4 m左右為宜， 全樓組裝時(shí)不要用同一標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行自然層數(shù)的疊加， 否則會(huì)造成軟件識(shí)別困難而致荷載布置異常，應(yīng)按實(shí)際層數(shù)建立各標(biāo)準(zhǔn)層模型。 漏斗部分可以通過斜墻或斜板兩種途徑建模， 不同方法對(duì)應(yīng)不同的加載方式。漏斗按斜板建模時(shí)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算彈性板導(dǎo)荷應(yīng)采用“有限元方式”。

軟件增強(qiáng)了交互式建模， 減少了模型參數(shù)輸入，人機(jī)界面友好，建模、荷載布置所見即所得，便于設(shè)計(jì)者快速掌握運(yùn)用，建模效率明顯提高。

2 荷載

筒倉儲(chǔ)料荷載主要由作用在倉壁上的水平壓力和豎向摩擦力以及作用在倉底的豎向壓力組成。軟件提供“筒倉荷載”工具計(jì)算上述荷載并自動(dòng)布置，也可手工計(jì)算輸入。“筒倉荷載”工具按《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50077—2017[2]（以下簡稱“筒標(biāo)”）進(jìn)行預(yù)設(shè)，方便設(shè)計(jì)者計(jì)算校核。根據(jù)起始層號(hào)、儲(chǔ)料計(jì)算高度，軟件可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算水平壓力和豎向摩擦力并在倉壁相應(yīng)高度自動(dòng)布置，并將儲(chǔ)料底部壓力布于倉底板上；漏斗上的切向力和法向力也可由程序生成。

筒倉在生產(chǎn)使用中會(huì)出現(xiàn)不同工況：由料位高度變化引起淺倉、深倉工況的交替，群倉布置時(shí)各倉空倉滿倉的不利布置等。其他軟件沒有對(duì)筒倉儲(chǔ)料荷載特點(diǎn)采取針對(duì)性的計(jì)算和布置且操作繁瑣，甚至需要多個(gè)模型計(jì)算后人工包絡(luò)，增加了設(shè)計(jì)者的負(fù)擔(dān)且易錯(cuò)漏。YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件可提供在自定義工況中輸入相應(yīng)可能出現(xiàn)的荷載組合并進(jìn)行布置。 因?yàn)閮?chǔ)料荷載的特性，應(yīng)按“筒標(biāo)”規(guī)定輸入正確系數(shù)：重力荷載代表值系數(shù)0.8，非地震組合系數(shù)0.9，地震組合系數(shù)0.8，相關(guān)參數(shù)確定后可將這組荷載組成的工況命名。 如此重復(fù)后，就可得到諸如“淺倉”、“深倉”等工況。前述工況進(jìn)行排列組合后，設(shè)定為“疊加+包絡(luò)”，達(dá)到計(jì)算結(jié)果自動(dòng)判斷取不利組合的目的。

“筒標(biāo)”3.1.1 規(guī)定： 圓形筒倉的高徑比大于或等于1.5 時(shí)為深倉；大于0.4 且小于1.0 時(shí)為淺倉；大于1.0 且小于1.5 時(shí)應(yīng)根據(jù)有利于可靠性分別按淺倉或深倉進(jìn)行設(shè)計(jì)。 對(duì)比《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50077—2003[3]（以下簡稱“筒規(guī)”）相關(guān)條文，規(guī)定發(fā)生較大變化。 “筒規(guī)”第1.0.3 條以高徑比1.5 劃分深倉、淺倉過于粗略，“筒標(biāo)”把高徑比1.0～1.5 另列出來，要求設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)核。這一改變?cè)从凇巴惨?guī)” 在高徑比1.5 時(shí)按淺倉工況計(jì)算出的倉底儲(chǔ)料壓力和按深倉工況得到的壓力數(shù)值上不連續(xù)且差距較大，當(dāng)倉壁高度大于1.5 dn 時(shí)，如果不按淺倉復(fù)核會(huì)造成倉底儲(chǔ)料壓力過小導(dǎo)致倉底板、支承及其基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)不安全。

一些設(shè)計(jì)者往往容易忽視淺倉、深倉之間的工況組合。 實(shí)踐證明，有淺倉參與的組合很有可能是最不利工況，這種組合對(duì)倉底板、支承筒壁、內(nèi)柱，等基礎(chǔ)都影響重大，因此有必要預(yù)設(shè)可能存在的工況布置進(jìn)行疊加和包絡(luò)，而不能主觀臆斷。

3 計(jì)算前處理

完成建模后，在計(jì)算前處理進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 鋼筋混凝土筒倉應(yīng)選取“剪力墻結(jié)構(gòu)”，勾選“生成繪等值線用數(shù)據(jù)” 則能夠在計(jì)算結(jié)果中查看內(nèi)力云圖，彈性板荷載計(jì)算方式選定為“有限元計(jì)算”，在自定義荷載工況組合中完成設(shè)置，并指定“疊加+包絡(luò)”，樓板設(shè)置為“彈性板6”，對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行必要設(shè)置后生成計(jì)算數(shù)據(jù)文件，并核查相應(yīng)荷載簡圖。

4 結(jié)果分析與判斷

軟件通過動(dòng)畫形式直觀表現(xiàn)出各構(gòu)件在不同荷載組合工況下的變形情況，設(shè)計(jì)者借此可以判斷荷載和其產(chǎn)生的效應(yīng)是否吻合，計(jì)算結(jié)果是否正常合理。“整體云圖”可以分工況查看變形位移、應(yīng)力、內(nèi)力、配筋等計(jì)算結(jié)果。 設(shè)計(jì)者還可通過等值線-切割線查看任意剖面的彎矩剪力。軟件給出倉壁水平向和豎向內(nèi)力及配筋以供使用者校核和施工圖設(shè)計(jì)。

根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，應(yīng)查看異常部位并返回模型修改、優(yōu)化。軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和歸并，但無法避免某些部位異常。最常見的是上下兩層連接部位構(gòu)件不連續(xù)而造成應(yīng)力集中、超量配筋以及由于節(jié)點(diǎn)過密導(dǎo)致有限元?jiǎng)澐值木W(wǎng)格過小而被“丟棄”，導(dǎo)致荷載布置、內(nèi)力變形計(jì)算異常。 有關(guān)問題在《水池、筒倉常見問題》[4]中有表述。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)者針對(duì)結(jié)構(gòu)類型選擇合適的計(jì)算分析軟件，能對(duì)設(shè)計(jì)效率和成果產(chǎn)生積極影響，可在保證設(shè)計(jì)思路正確的前提下通過軟件建立模型，合理確定荷載并進(jìn)行必要的工況組合， 使之與實(shí)際相一致。 正確分析判斷電算結(jié)果，能為施工圖設(shè)計(jì)提供有效安全經(jīng)濟(jì)合理的依據(jù)，而不是依賴軟件、生搬硬套電算結(jié)果，兩者結(jié)合才能提高效率、更好地創(chuàng)造效益。