YJK 結(jié)構(gòu)計算軟件在筒倉設(shè)計中的應(yīng)用

王汀

（江蘇省建筑材料研究設(shè)計院有限公司，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)計算的分析軟件。 經(jīng)過實踐，從建模便捷性、儲料荷載計算與規(guī)范標準條文的一致性、各工況的疊加和包絡(luò)、計算分析結(jié)果的合理性等方面來看，YJK 結(jié)構(gòu)計算軟件表現(xiàn)良好。 現(xiàn)就其在筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計中建模、加載、計算前處理、 結(jié)果數(shù)據(jù)分析判斷這幾方面的應(yīng)用過程和注意要點予以概述。

1 建模

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

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

2 荷載

筒倉儲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”工具計算上述荷載并自動布置，也可手工計算輸入。“筒倉荷載”工具按《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計標準》GB50077—2017[2]（以下簡稱“筒標”）進行預設(shè)，方便設(shè)計者計算校核。根據(jù)起始層號、儲料計算高度，軟件可以實現(xiàn)自動計算水平壓力和豎向摩擦力并在倉壁相應(yīng)高度自動布置，并將儲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，群倉布置時各倉空倉滿倉的不利布置等。其他軟件沒有對筒倉儲料荷載特點采取針對性的計算和布置且操作繁瑣，甚至需要多個模型計算后人工包絡(luò)，增加了設(shè)計者的負擔且易錯漏。YJK 結(jié)構(gòu)計算軟件可提供在自定義工況中輸入相應(yīng)可能出現(xiàn)的荷載組合并進行布置。 因為儲料荷載的特性，應(yīng)按“筒標”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。 如此重復后，就可得到諸如“淺倉”、“深倉”等工況。前述工況進行排列組合后，設(shè)定為“疊加+包絡(luò)”，達到計算結(jié)果自動判斷取不利組合的目的。

“筒標”3.1.1 規(guī)定： 圓形筒倉的高徑比大于或等于1.5 時為深倉；大于0.4 且小于1.0 時為淺倉；大于1.0 且小于1.5 時應(yīng)根據(jù)有利于可靠性分別按淺倉或深倉進行設(shè)計。 對比《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(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”把高徑比1.0～1.5 另列出來，要求設(shè)計時復核。這一改變源于“筒規(guī)” 在高徑比1.5 時按淺倉工況計算出的倉底儲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，當倉壁高度大于1.5 dn 時，如果不按淺倉復核會造成倉底儲料壓力過小導致倉底板、支承及其基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計不安全。

一些設(shè)計者往往容易忽視淺倉、深倉之間的工況組合。 實踐證明，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，因此有必要預設(shè)可能存在的工況布置進行疊加和包絡(luò)，而不能主觀臆斷。

3 計算前處理

完成建模后，在計算前處理進行參數(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)” 則能夠在計算結(jié)果中查看內(nèi)力云圖，彈性板荷載計算方式選定為“有限元計算”，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”，對計算參數(shù)進行必要設(shè)置后生成計算數(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)計者借此可以判斷荷載和其產(chǎn)生的效應(yīng)是否吻合，計算結(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、配筋等計算結(jié)果。 設(shè)計者還可通過等值線-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。

根據(jù)分析計算結(jié)果，應(yīng)查看異常部位并返回模型修改、優(yōu)化。軟件對結(jié)果進行優(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)點過密導致有限元劃分的網(wǎng)格過小而被“丟棄”，導致荷載布置、內(nèi)力變形計算異常。 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)計者針對結(jié)構(gòu)類型選擇合適的計算分析軟件，能對設(shè)計效率和成果產(chǎn)生積極影響，可在保證設(shè)計思路正確的前提下通過軟件建立模型，合理確定荷載并進行必要的工況組合， 使之與實際相一致。 正確分析判斷電算結(jié)果，能為施工圖設(shè)計提供有效安全經(jīng)濟合理的依據(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。