水泥库库底锥体有限元计算分析

摘 要：本文主要针对实际工程中水泥库关键部位的库底锥体，利用Midas和Sap2000两种不同软件进行有限元计算分析和比较。研究了库底锥体壳厚、环梁大小等参数对库底锥体受力的影响，得出一些对该类结构设计有参考意义并具有规律性的结论。

关键词：水泥库 库底锥体 环梁 有限元

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0057-02

公司设计的水泥熟料生产线工程中的水泥库（见图1），内径22.5 m，库体总高度55 m，库底锥体起点标高12.8 m，尺寸详见图2。由于库底锥体空间受力复杂，本文采用Midas和Sap2000软件，对实际工程中的水泥库中库底锥体结构进行计算分析，考虑了锥体的壳厚、圈梁大小等参数不同情况下，对库底锥体受力所产生的影响。通过分析计算结果，得出一些对该结构设计具有参考性的结论。

1 水泥库基本参数

在理论计算中，根据筒仓内的储粮计算高度（hn）与圆形仓内径（dn）之比，将筒仓分为深仓和浅仓。hn/dn

作用于水泥库的荷载有：自重及恒载DL，贮料作用于筒仓底部锥体单位面积上的单位竖向压力Pv，贮料作用于环梁以上部分的筒仓壁底部单位面积上的水平压力Ph，贮料作用于环梁以上部分的筒仓壁底部以上仓壁单位周长上的总竖向摩擦力Pf[1]。

2 计算分析

采用Midas和Sap2000两种有限元软件整体建模，对库底锥体进行计算分析。分别考虑了四种锥壳厚度及三种环梁尺寸变化等因素对库底锥体受力的影响。经计算，弯矩很小，下文的计算结果只给出拉、压、剪力的数据。

2.1 锥壳厚对库底锥体的影响

参考文献资料和工程经验[2]，取四种库底锥壳厚度，分析在荷载工况1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）下[3]，四种壳厚度变化对结构受力的影响。计算结果见图3和表1。

由表1可知：Midas与Sap2000软件计算结果很接近。且随着库底锥体的壳厚增加，环梁拉力减小，锥壳环向所受拉力有所增加，但是环向和径向所受压力几乎没变化。锥壳所受剪力略有增加，最大剪力只存在于环梁附近，且范围很小，其他部位剪力很小，约为最大值的1/10。

2.2 环梁尺寸对库底锥体结构受力的影响

这里仅考虑荷载工况1.2DL+1.3（Pv+Ph+Pf）作用下的环梁尺寸变化，对库底锥体受力的影响，壳厚统一取h0=700 mm。计算结果见表2。

由表2可知，环梁尺寸大小对库底锥体结构的受力影响较明显。随着环梁尺寸的增大，环梁拉力也增大，锥壳环向所受拉力减小，但是环向和径向所受压力变化不明显。锥壳所受剪力减小。

2.3 各种荷载组合对库底锥体结构受力的影响

考虑四种荷载工况（（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，对库底锥体结构受力的影响。环梁尺寸取Hb×Bb=1500×3000 mm，壳厚取h0=700 mm。计算结果见表3。

由表3可知，作用于筒仓底部锥体单位面积上的单位竖向压力Pv是导致环梁受拉和锥壳受力的主要原因。所以如何减小Pv是优化库底锥体及环梁的关键。公司首次提出并应用的套筒式水泥均化储存库可以有效减小水里半径ρ，从而达到减小Pv、Ph、Pf的目的。

3 结论

（1）在环梁尺寸一定的情况下，锥体壳厚的增加会导致环梁所受拉力减小，锥壳自身的环向拉力有所增加，但是环向和径向所受压力几乎没变化。锥壳所受剪力略有增加。

（2）在锥壳厚度一定的情况下，随着环梁尺寸的增加，环梁拉力也增大，锥壳环向所受拉力减小，但是环向和径向所受压力变化不明显。锥壳所受剪力减小。

（3）最大剪力只存在于环梁附近，且范围很小，其他部位剪力很小，约为最大值的1/10。

（4）作用于筒仓底部锥体单位面积上的单位竖向压力Pv是导致环梁受拉和锥壳受力的主要原因。所以如何减小Pv是优化库底锥体及环梁的关键。

参考文献

[1] 钢筋混凝土筒仓设计规范[M].北京：中国计划出版社，2004.

[2] 朱建平.子母库结构设计朱建平水泥工程[J].水泥工程，2005，2（2）：83-84.

[3] 建筑结构荷载规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.