大型贮煤筒仓在考虑温度应力影响下的优化设计方案

摘要

钢筋混凝土筒仓因具有容量大、占地小、运行费用低等优点，在各项现代生产实践活动中应用的非常广泛，可以装载如煤炭、粮食等散粒体。且随着工程需求的增加和设计施工技术的日益完善，混凝土筒仓的直径和高度都较以往有了明显增大。但是到目前为止，对于筒仓在温度应力以及温度——贮料荷载状态方面的研究还不够完善，本文特结合某大直径混凝土浅圆仓工程，对其进行了温度应力、温度贮料应力和优化仓体壁厚值等方面的研究。主要进行了如下工作：
　　 结合实例对贮煤筒仓进行建模，在建模过程中研究应用apd1命令编写命令流，并按照我国混凝土筒仓规范的有关要求，选取合适的计算参数，利用循环加载的方式自动在模型内、外壁单元加载相应的表面荷载值，分别对贮煤筒仓的整体结构进行了热分析、静力分析和热—结构耦合分析。
　　 重点进行了筒仓内外温差和季节温差的有限元分析，并对筒仓在不同壁厚和不同温差影响下的结构体受力情况进行了对比分析，同时，为了比较温差及侧压力所产生的不同影响，对筒仓结构还进行了理想状态下贮料荷载静力有限元分析，并与等条件下的其他工况做了比对研究。
　　 通过研究分析提出了筒仓壁厚的优化方法，选取冬季温差工况和贮煤侧压力工况下的环向应力值进行比对研究，确定了优化壁厚值的合理区域。
　　 运用有限元软件Ansys对最优壁厚值下的筒仓结构进行了热—结构耦合分析，验证了该优化方法的合理性和准确性。
　　 研究结果表明，筒仓的温度应力和其对结构产生的影响在实际工程实践中不可忽略，且对于存在较大内外温差和季节温差的筒仓结构，温差的增大将造成结构体位移和受力的增大，温度应力甚至比贮煤侧压力的影响更为严重，因此在设计中需引起高度重视并作出适当调整。
　　 经比较，本文所提出的优化壁厚取值的合理区域对改善筒仓结构的受力性能有了较大的帮助，对此类工程设计在壁厚选择上具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2筒仓的建造和发展

1.2.1筒仓发展概述

1.2.2国内外贮煤筒仓研究现状与成果

1.3研究方案和内容

1.3.1研究方法

1.3.2研究内容

1.4本课题研究背景和意义

第二章 混凝土裂缝的机理

2.1混凝土的开裂机理

2.2裂缝产生的主要原因

2.3温度收缩裂缝的产生及影响

2.4大体积混凝土结构裂缝控制

2.4.1控制裂缝的基本理念

2.4.2“抗”与“放”的控制原则

2.4.3控制裂缝的综合方法

2.5本章小结

第三章 筒仓散体贮料荷载理论

3.1筒仓散体的基本特点

3.2散体力学的计算模型

3.3筒仓贮料侧压力的计算方法和相关理论

3.4本章小结

第四章 温度荷载对结构受力的影响

4.1热分析知识简介

4.1.1热传递的基本概念

4.1.2热传递的三种方式

4.2内外温差下结构的有限元分析思路

4.2.1平壁壁面的温差传热计算

4.2.2筒仓壁面的温差传热计算

4.2.3温度应力理论分析

4.2.4筒仓热分析的模型

4.3内外温差有限元分析过程

4.3.1筒仓建模方法

4.3.2内外温差分析方法

4.3.3工况一应力分析

4.3.4工况二应力分析

4.3.5工况三应力分析

4.3.6工况四应力分析

4.3.7工况五应力分析

4.3.8工况六应力分析

4.3.9工况一至工况六结果分析比较

4.4季节温差有限元分析过程

4.4.1季节温差分析方法

4.4.2夏季温差工况七应力分析

4.4.3冬季温差工况八应力分析

4.4.4工况七和工况八结果分析比较

4.5本章小结

第五章 筒仓贮料荷载静力有限元分析

5.1筒仓工程实例介绍及计算参数的确定

5.1.1工程实例介绍

5.1.2工程实例计算参数

5.2筒仓静力有限元分析过程

5.2.1静力求解思路

5.2.2加载和求解方法

5.3静力工况九有限元分析结果

5.3.1工况九位移分析

5.3.2工况九应力分析

5.3.3工况九与工况六数据比较分析

5.4本章小结

第六章 筒仓壁厚值的优化设计

6.1筒仓壁厚值的优化方法

6.2数据比对及优化结果

6.3本章小结

第七章 温度—贮料荷载有限元分析

7.1.Ansys热—结构耦合分析

7.1.1 Ansys热—结构耦合分析的基本概念

7.1.2 Ansys热—结构耦合分析的方法

7.2工程热—结构耦合分析过程

7.2.1热—结构耦合分析背景和分析方法

7.2.2工况十应力分析

7.3本章小结

第八章 结论与展望

8.1本文结论

8.2局限和展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文