钢筋混凝土带隔板圆筒仓的温度作用分析.pdf
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1、第 2 5卷 第 2期 2 0 0 8年 6月 华 中 科技 大 学学 报( 城 市科学 版) J o f HUS I 、 ( Ur b a n S c i e n c e Ed i t i o n) Vo1 25 No 2 J u n 2 0 0 8 钢筋混凝 土带隔板 圆筒仓 的温度作用分析 徐文胜 , 郭文增 ( 1 华 中科技大学a 土木工 程与力学学院 ;b 控制 结构湖北省重点实验室 ,湖北武汉4 3 0 0 7 4 2 武 汉天兴洲道桥 投资开发有限公 司 , 湖北 武 汉4 3 0 0 1 5 ) 摘 要: 钢筋混凝土带隔板 圆筒 仓 由于其特殊 的结构形式 , 在温度作用下结
2、构 内力 与普 通圆筒仓会有 很大 的不 同, 而规范对这 种筒仓 的温度应 力尚未做 出具体 规定 。 本 文采用有限元软件对这种筒仓在水 泥熟 料温度作用下 仓壁和隔板温度应 力的分布情况进行 了详细分析 , 供设计 和研究 参考。 关键词 : 钢筋混凝土 ; 带 隔板圆筒仓 ; 温度应 力 ; 有 限元 分析 中图分类号 : TU2 7 9 7 4 6 文献标识码 : A 文章 编号 : 1 6 7 2 7 0 3 7 ( 2 0 0 8 ) 0 2 0 0 8 7 - 0 4 筒仓是储存各种散料的特种结构 , 常用于: 【 = 业 建筑 的生产 附属 设 施 , 是 水 泥 工 业 生
3、产 中 的重 要构 筑物 。近 年来 , 为 满 足水泥 生 产工 艺 的需 要 , 并 节 约用 地 , 节省 投资 , 许 多 中小 型水 泥厂 开始 采 用带 隔板 的钢 筋混 凝 土 圆筒仓 1 。这 种 筒仓 由于 其特殊的结构形式 , 在温度作用 下结构 内力与普 通圆筒仓有很大不同。尤其是当仓 内贮存高温水 泥熟料时 , 其温度应力计算很重要。 而我 国现行的 筒仓规 范对 这 种筒 仓 的温度应 力 计 算 尚未做 出具 体 规定 2 。 为此 , 本 文对 钢筋 混凝 土 带“ ” 字 形 隔 板 的 圆筒仓 受 内外 温差 所产 生 的温 度应 力进 行 有 限元分析, 以
4、供工程设计和相关研究参考。 1 计算模型 某 钢筋混 凝 土带 隔板 圆筒 仓 , 筒 壁支 撑 , 内径 d 一8 m, 仓壁 计 算高 度 H 一1 6 m, 壁厚 h = = = 0 3 m, 隔板厚 h 一0 4 m, 漏 斗高 4 0 m, 漏斗 底 开 口 半径 1 0 m。分析时忽略仓顶对筒仓仓壁的约束 作 用 , 并认 为筒 壁底 端 固接 , 筒仓 模 型 如 图 1 。 本 文 利 用 ANS YS对 该 筒 仓 进 行 热 应 力 分 析 。ANS YS提 供 了直 接 法 和 间接 法 l_ 3 两 种 分 析 热 应力 的方 法 , 本 文 采用 后 者 进 行 热
5、一结 构 耦 合 计 算 , 即 先 采 用 常 规 热 单 元 八 节 点 六 面 体 S Ol I D7 O进行 热 分析 , 然 后 将 热单 元 转 换 为 相应 的结 构单 元 S Ol I D 4 5 , 并 将 热 分 析求 得 的节 点 温 度 作 为 体荷 载施 加 到 模 型 上 再 进 行 结 构 应 力 分 析 。 筒 仓 实体模 型 采用 扫掠 网格划 分 ( VS WE E P ) 功 能来 划分 网格 , 共有 1 0 4 9 2个 六 面体 单 元 。 图 1 筒仓模型 图 2荷载工况 筒 仓 材料 参数 : 混 凝 土强度 等 级 C 3 0 , 弹性模 量
6、E 一3 、 0 1 0 N mm , 泊松 比 0 1 6 6 7 , 线膨胀 系数 口 一1 0 1 0 一 C。 2筒仓温度分布的计算 带 “ 一 ” 字形 隔板 的圆筒仓 根据 贮 料 的使用 情 况 , 可 按 两 种 工 况 荷 载 组 合 考 虑 , 即工 况 1 : 一 格 满 料 , 一 格 空 ; 工况 2 : 两 格 均 满 料 , 如 图 2所 示 。 本文分别计算在这两种不利情况下 , 仓 内高温水 泥熟 料所 引起 的温度 应力 。 取靠近简仓仓壁且厚度等于壁厚的水泥熟料 作为隔热层 , 按平壁结构的稳定 热传 导原理计算 仓 壁 内外 表 面的 温差 4 , 如
7、图 3 所 示 。 水 泥 熟 料冷 却后 的温 度取 为 t y 一1 O 0 C, 仓 外 冬季 大气 温度 取 为 t 一一2 O C, 仓 壁和 隔热 层 内外 表 面 的 吸热 、 敢 热系数分别 为 一3 3 , a k = = = 2 O , 热传 导系数 一 1 O O, 九一 1 3 4 E s 3 。 收稿 日期 : 2 0 0 8 一 O l 一 0 7 作者 简介 : 徐文胜 ( 1 9 6 8 一 ) , 男 , 湖北武汉 人, 工程师 博士研究 生, 研究 方向为结 构损 伤检测 与寿命 评价 it a l y w o l f 1 6 3 C O ln 维普资讯 8
8、 8 华中科技大学学报 ( 城市科学 版) 图 3平 壁 结 构 的稳 定 热 传 导 2 1 1 - 况 1筒仓 的温 度分 布 假定 在该 工况 下 , 筒仓 一格 空 , 一 格 内装 满 水 泥熟料 。 则两格之间存在热传递 , 当达到热平衡状 态时 , 空格内气体通过仓壁散发出的热量等于该 部分气体通过隔板吸收的热量 。设此时空格内气 体温度为 t , 则 H 一 丌鲁 H ( 其 中: R。 一 1十 h 2 十 h 2 十 1一o 7 8 , 为 隔 热 层 和 隔 板 的 总 热 阻 ; R o2 去 + + 去 一 o 3 2 4 , 为 仓 壁 ( 无 隔 热层 ) 的 总
9、热 阻 。由式 ( 1 ) 可得 乙一5 1 。 为便于程序计算 , 按热阻等效将隔热层 的影 响折算 为仓 壁和隔板 表面的等效吸热系数 和 : 嘶 = 1 ( 1 h i-1 3 o 3 一 1 ( 1 h 2 1 2 3 2 这样 , 在程序中输入这些系数和环境温度( f , t 和 t 。 ) 进行 热 分析 就 可得 到筒仓 的温度 分布 。 2 2 工 况 2筒 仓 的温 度分布 在水 泥生产 中, 出窑熟料一般不直接入水 泥 磨 , 而是要按其质量 、 立升重等的高低分别入库 , 搭 配使 用 。 假 定 在工 况 2下 , 筒仓 两格 内装 满 不 同 质量的水泥熟料。 采用和
10、工况 1同样的方法 , 在程 序 中输入等效 吸热系数( , a ; ) 和环境温度 ( f 和 t k ) 求 出筒仓 的温度分布。 3 温度应 力计算及分析 通 过 热分 析求 出温度 分 布之后 转换 单元 类 型 进行 结 构分 析 , 得 到筒 仓 的温度 应力 。 考 虑到 温差 的时间特征 , 混凝土会 出现徐变 , 从而引起应力松 弛, 计算 内外 温差作用时 , 取应 力松弛系数 K一 0 6 5 。温 度 为 I O O C时 , 混凝 土弹性模 量折减 系 数 一0 7 5 。本文仅 给出筒仓仓壁和隔板的温度 应 力分 析 。 3 1仓壁 应 力分 析 温度作用引起的仓壁
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