水泥庫庫底錐體有限元計算分析

葉海東++張靜++林毅

摘 要：本文主要針對實際工程中水泥庫關鍵部位的庫底錐體，利用Midas和Sap2000兩種不同軟件進行有限元計算分析和比較。研究了庫底錐體殼厚、環梁大小等參數對庫底錐體受力的影響，得出一些對該類結構設計有參考意義并具有規律性的結論。

關鍵詞：水泥庫 庫底錐體 環梁 有限元

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司設計的水泥熟料生產線工程中的水泥庫（見圖1），內徑22.5 m，庫體總高度55 m，庫底錐體起點標高12.8 m，尺寸詳見圖2。由于庫底錐體空間受力復雜，本文采用Midas和Sap2000軟件，對實際工程中的水泥庫中庫底錐體結構進行計算分析，考慮了錐體的殼厚、圈梁大小等參數不同情況下，對庫底錐體受力所產生的影響。通過分析計算結果，得出一些對該結構設計具有參考性的結論。

1 水泥庫基本參數

在理論計算中，根據筒倉內的儲糧計算高度（hn）與圓形倉內徑（dn）之比，將筒倉分為深倉和淺倉。hn/dn<1.5為淺倉，hn/dn≥1.5為深倉[1]。本項目的水泥庫為深倉。

作用于水泥庫的荷載有：自重及恒載DL，貯料作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv，貯料作用于環梁以上部分的筒倉壁底部單位面積上的水平壓力Ph，貯料作用于環梁以上部分的筒倉壁底部以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力Pf[1]。

2 計算分析

采用Midas和Sap2000兩種有限元軟件整體建模，對庫底錐體進行計算分析。分別考慮了四種錐殼厚度及三種環梁尺寸變化等因素對庫底錐體受力的影響。經計算，彎矩很小，下文的計算結果只給出拉、壓、剪力的數據。

2.1 錐殼厚對庫底錐體的影響

參考文獻資料和工程經驗[2]，取四種庫底錐殼厚度，分析在荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四種殼厚度變化對結構受力的影響。計算結果見圖3和表1。

由表1可知：Midas與Sap2000軟件計算結果很接近。且隨著庫底錐體的殼厚增加，環梁拉力減小，錐殼環向所受拉力有所增加，但是環向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加，最大剪力只存在于環梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

2.2 環梁尺寸對庫底錐體結構受力的影響

這里僅考慮荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的環梁尺寸變化，對庫底錐體受力的影響，殼厚統一取h0=700 mm。計算結果見表2。

由表2可知，環梁尺寸大小對庫底錐體結構的受力影響較明顯。隨著環梁尺寸的增大，環梁拉力也增大，錐殼環向所受拉力減小，但是環向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

2.3 各種荷載組合對庫底錐體結構受力的影響

考慮四種荷載工況（（1）1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）；（2）1.2DL+1.3Pv；（3）1.2DL+1.3Ph；（4）1.2DL+1.3Pf）作用下，對庫底錐體結構受力的影響。環梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，殼厚取h0=700 mm。計算結果見表3。

由表3可知，作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導致環梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優化庫底錐體及環梁的關鍵。公司首次提出并應用的套筒式水泥均化儲存庫可以有效減小水里半徑ρ，從而達到減小Pv、Ph、Pf的目的。

3 結論

（1）在環梁尺寸一定的情況下，錐體殼厚的增加會導致環梁所受拉力減小，錐殼自身的環向拉力有所增加，但是環向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加。

（2）在錐殼厚度一定的情況下，隨著環梁尺寸的增加，環梁拉力也增大，錐殼環向所受拉力減小，但是環向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

（3）最大剪力只存在于環梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

（4）作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導致環梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優化庫底錐體及環梁的關鍵。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土筒倉設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 朱建平.子母庫結構設計朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑結構荷載規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.endprint

摘 要：本文主要針對實際工程中水泥庫關鍵部位的庫底錐體，利用Midas和Sap2000兩種不同軟件進行有限元計算分析和比較。研究了庫底錐體殼厚、環梁大小等參數對庫底錐體受力的影響，得出一些對該類結構設計有參考意義并具有規律性的結論。

關鍵詞：水泥庫 庫底錐體 環梁 有限元

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司設計的水泥熟料生產線工程中的水泥庫（見圖1），內徑22.5 m，庫體總高度55 m，庫底錐體起點標高12.8 m，尺寸詳見圖2。由于庫底錐體空間受力復雜，本文采用Midas和Sap2000軟件，對實際工程中的水泥庫中庫底錐體結構進行計算分析，考慮了錐體的殼厚、圈梁大小等參數不同情況下，對庫底錐體受力所產生的影響。通過分析計算結果，得出一些對該結構設計具有參考性的結論。

1 水泥庫基本參數

在理論計算中，根據筒倉內的儲糧計算高度（hn）與圓形倉內徑（dn）之比，將筒倉分為深倉和淺倉。hn/dn<1.5為淺倉，hn/dn≥1.5為深倉[1]。本項目的水泥庫為深倉。

作用于水泥庫的荷載有：自重及恒載DL，貯料作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv，貯料作用于環梁以上部分的筒倉壁底部單位面積上的水平壓力Ph，貯料作用于環梁以上部分的筒倉壁底部以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力Pf[1]。

2 計算分析

采用Midas和Sap2000兩種有限元軟件整體建模，對庫底錐體進行計算分析。分別考慮了四種錐殼厚度及三種環梁尺寸變化等因素對庫底錐體受力的影響。經計算，彎矩很小，下文的計算結果只給出拉、壓、剪力的數據。

2.1 錐殼厚對庫底錐體的影響

參考文獻資料和工程經驗[2]，取四種庫底錐殼厚度，分析在荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四種殼厚度變化對結構受力的影響。計算結果見圖3和表1。

由表1可知：Midas與Sap2000軟件計算結果很接近。且隨著庫底錐體的殼厚增加，環梁拉力減小，錐殼環向所受拉力有所增加，但是環向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加，最大剪力只存在于環梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

2.2 環梁尺寸對庫底錐體結構受力的影響

這里僅考慮荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的環梁尺寸變化，對庫底錐體受力的影響，殼厚統一取h0=700 mm。計算結果見表2。

由表2可知，環梁尺寸大小對庫底錐體結構的受力影響較明顯。隨著環梁尺寸的增大，環梁拉力也增大，錐殼環向所受拉力減小，但是環向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

2.3 各種荷載組合對庫底錐體結構受力的影響

考慮四種荷載工況（（1）1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）；（2）1.2DL+1.3Pv；（3）1.2DL+1.3Ph；（4）1.2DL+1.3Pf）作用下，對庫底錐體結構受力的影響。環梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，殼厚取h0=700 mm。計算結果見表3。

由表3可知，作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導致環梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優化庫底錐體及環梁的關鍵。公司首次提出并應用的套筒式水泥均化儲存庫可以有效減小水里半徑ρ，從而達到減小Pv、Ph、Pf的目的。

3 結論

（1）在環梁尺寸一定的情況下，錐體殼厚的增加會導致環梁所受拉力減小，錐殼自身的環向拉力有所增加，但是環向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加。

（2）在錐殼厚度一定的情況下，隨著環梁尺寸的增加，環梁拉力也增大，錐殼環向所受拉力減小，但是環向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

（3）最大剪力只存在于環梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

（4）作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導致環梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優化庫底錐體及環梁的關鍵。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土筒倉設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 朱建平.子母庫結構設計朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑結構荷載規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.endprint

摘 要：本文主要針對實際工程中水泥庫關鍵部位的庫底錐體，利用Midas和Sap2000兩種不同軟件進行有限元計算分析和比較。研究了庫底錐體殼厚、環梁大小等參數對庫底錐體受力的影響，得出一些對該類結構設計有參考意義并具有規律性的結論。

關鍵詞：水泥庫 庫底錐體 環梁 有限元

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司設計的水泥熟料生產線工程中的水泥庫（見圖1），內徑22.5 m，庫體總高度55 m，庫底錐體起點標高12.8 m，尺寸詳見圖2。由于庫底錐體空間受力復雜，本文采用Midas和Sap2000軟件，對實際工程中的水泥庫中庫底錐體結構進行計算分析，考慮了錐體的殼厚、圈梁大小等參數不同情況下，對庫底錐體受力所產生的影響。通過分析計算結果，得出一些對該結構設計具有參考性的結論。

1 水泥庫基本參數

在理論計算中，根據筒倉內的儲糧計算高度（hn）與圓形倉內徑（dn）之比，將筒倉分為深倉和淺倉。hn/dn<1.5為淺倉，hn/dn≥1.5為深倉[1]。本項目的水泥庫為深倉。

作用于水泥庫的荷載有：自重及恒載DL，貯料作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv，貯料作用于環梁以上部分的筒倉壁底部單位面積上的水平壓力Ph，貯料作用于環梁以上部分的筒倉壁底部以上倉壁單位周長上的總豎向摩擦力Pf[1]。

2 計算分析

采用Midas和Sap2000兩種有限元軟件整體建模，對庫底錐體進行計算分析。分別考慮了四種錐殼厚度及三種環梁尺寸變化等因素對庫底錐體受力的影響。經計算，彎矩很小，下文的計算結果只給出拉、壓、剪力的數據。

2.1 錐殼厚對庫底錐體的影響

參考文獻資料和工程經驗[2]，取四種庫底錐殼厚度，分析在荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四種殼厚度變化對結構受力的影響。計算結果見圖3和表1。

由表1可知：Midas與Sap2000軟件計算結果很接近。且隨著庫底錐體的殼厚增加，環梁拉力減小，錐殼環向所受拉力有所增加，但是環向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加，最大剪力只存在于環梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

2.2 環梁尺寸對庫底錐體結構受力的影響

這里僅考慮荷載工況1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的環梁尺寸變化，對庫底錐體受力的影響，殼厚統一取h0=700 mm。計算結果見表2。

由表2可知，環梁尺寸大小對庫底錐體結構的受力影響較明顯。隨著環梁尺寸的增大，環梁拉力也增大，錐殼環向所受拉力減小，但是環向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

2.3 各種荷載組合對庫底錐體結構受力的影響

考慮四種荷載工況（（1）1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）；（2）1.2DL+1.3Pv；（3）1.2DL+1.3Ph；（4）1.2DL+1.3Pf）作用下，對庫底錐體結構受力的影響。環梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，殼厚取h0=700 mm。計算結果見表3。

由表3可知，作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導致環梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優化庫底錐體及環梁的關鍵。公司首次提出并應用的套筒式水泥均化儲存庫可以有效減小水里半徑ρ，從而達到減小Pv、Ph、Pf的目的。

3 結論

（1）在環梁尺寸一定的情況下，錐體殼厚的增加會導致環梁所受拉力減小，錐殼自身的環向拉力有所增加，但是環向和徑向所受壓力幾乎沒變化。錐殼所受剪力略有增加。

（2）在錐殼厚度一定的情況下，隨著環梁尺寸的增加，環梁拉力也增大，錐殼環向所受拉力減小，但是環向和徑向所受壓力變化不明顯。錐殼所受剪力減小。

（3）最大剪力只存在于環梁附近，且范圍很小，其他部位剪力很小，約為最大值的1/10。

（4）作用于筒倉底部錐體單位面積上的單位豎向壓力Pv是導致環梁受拉和錐殼受力的主要原因。所以如何減小Pv是優化庫底錐體及環梁的關鍵。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土筒倉設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 朱建平.子母庫結構設計朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑結構荷載規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.endprint