大跨度筒倉水泥儲存庫數(shù)值模擬分析與研究

1.  計算任務

由于水泥儲存庫放料口上部為一個大跨度混凝土圓形筒倉，通用的結構分析軟件不能對此進行分析，故采用有限元軟件ABAQUS進行強度及剛度的計算。ABAQUS也是美國達索公司旗下產品，是一款功能強大、應用很廣的有限元分析軟件，其可用于解決從簡單線性分析到復雜非線性分析等各類問題。ABAQUS擁有一個豐富多樣的單元庫和材料模型庫，可模擬多種工程材料的性能，其中包括金屬、復合材料、鋼筋混凝土、高分子材料、泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料，作為通用的模擬工具，ABAQUS除了能解決大量結構問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析等。

2. 設備基本情況

大型通用有限元軟件ABAQUS采用的設備如下圖所示。

3. 筒倉荷載

荷載分項系數(shù)，恒載為1.3，活載為1.3。

面荷載：

（1）恒載：40*1.45=58kN/m²;

（2）活載：190*1.45=275.5kN/m² 。

減壓錐區(qū)域線荷載：

（1）恒載：（65.4*1.45+52）=146.83 kN/m;

（2）活載：311*1.45=450.95 kN/m。

4.有限元建模理論

通過三維建模軟件Rhino對整個結構進行建模，混凝土采用實體單元，鋼筋采用桁架單元，將建立的模型分別導入ABAQUS軟件進行分析，其中混凝土采用混凝土塑性損傷模型，鋼筋采用雙折線模型，對其進行力學分析。其中CDP模型本構關系中采用了有效應力和硬化變量來進行描述：

受壓時取0.35~0.7，本文均取0.6。鋼筋本構模型常用的主要有理想彈塑性模型和彈塑性強化模型，如圖4-4所示。墻體中鋼筋采用的是彈塑性強化模型，該模型又有等向強化和隨動強化，后者的彈性卸載區(qū)間是初始屈服應力的兩倍，材料彈性區(qū)間總體保持不變，但由于拉伸時產生強化而使壓縮屈服應力幅值減小，即一定程度上考慮了鮑辛格效應（Bauschinger effect），故更適用于循環(huán)加載的情況，本文采用的正是該強化模型。

                                                                  (a) 理想彈塑性模型 

                                                                    (b) 彈塑性強化模型

                                                                圖4-4 鋼筋本構關系模型

5.數(shù)值模擬結果

（1）筒倉混凝土應力結果

筒倉上部Mises應力

筒倉下部最大主應力

筒倉下部最大主應力

筒倉上部最小主應力

筒倉下部最小主應力

（2）筒倉位移結果

筒倉上部豎向位移

筒倉下部豎向位移

（2）鋼筋應力結果

鋼筋應力

6.數(shù)值模擬結果分析

（1）從應力結果來看，筒倉最大Mises應力位于柱與腋的相接部位的角部，柱的應力較大，最大Mises應力為13.74MPa;

（2）混凝土的最大壓應力為13.66 MPa，最大拉應力為3.47 MPa；

（3）在荷載作用下，位移最大部位位于減壓錐的環(huán)形區(qū)域，最大位移為4.87mm；

（4）鋼筋的最大應力為153 MPa。

通過上述計算結果可知，整個結構的應力及位移均在合理范圍，結論：滿足規(guī)范規(guī)定的要求，可認為整個結構可以正常工作。

注：整個模型計算耗時為15-18小時。