大跨度筒仓水泥储存库数值模拟分析与研究

大跨度筒仓水泥储存库数值模拟分析与研究

1.  计算任务

由于水泥储存库放料口上部为一个大跨度混凝土圆形筒仓，通用的结构分析软件不能对此进行分析，故采用有限元软件ABAQUS进行强度及刚度的计算。ABAQUS也是美国达索公司旗下产品，是一款功能强大、应用很广的有限元分析软件，其可用于解决从简单线性分析到复杂非线性分析等各类问题。ABAQUS拥有一个丰富多样的单元库和材料模型库，可模拟多种工程材料的性能，其中包括金属、复合材料、钢筋混凝土、高分子材料、泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析等。

2. 设备基本情况

大型通用有限元软件ABAQUS采用的设备如下图所示。

3. 筒仓荷载

荷载分项系数，恒载为1.3，活载为1.3。

面荷载：

（1）恒载：40*1.45=58kN/m²;

（2）活载：190*1.45=275.5kN/m² 。

减压锥区域线荷载：

（1）恒载：（65.4*1.45+52）=146.83 kN/m;

（2）活载：311*1.45=450.95 kN/m。

4.有限元建模理论

通过三维建模软件Rhino对整个结构进行建模，混凝土采用实体单元，钢筋采用桁架单元，将建立的模型分别导入ABAQUS软件进行分析，其中混凝土采用混凝土塑性损伤模型，钢筋采用双折线模型，对其进行力学分析。其中CDP模型本构关系中采用了有效应力和硬化变量来进行描述：

受压时取0.35~0.7，本文均取0.6。钢筋本构模型常用的主要有理想弹塑性模型和弹塑性强化模型，如图4-4所示。墙体中钢筋采用的是弹塑性强化模型，该模型又有等向强化和随动强化，后者的弹性卸载区间是初始屈服应力的两倍，材料弹性区间总体保持不变，但由于拉伸时产生强化而使压缩屈服应力幅值减小，即一定程度上考虑了鲍辛格效应（Bauschinger effect），故更适用于循环加载的情况，本文采用的正是该强化模型。

                                                                  (a) 理想弹塑性模型 

                                                                    (b) 弹塑性强化模型

                                                                图4-4 钢筋本构关系模型

5.数值模拟结果

（1）筒仓混凝土应力结果

筒仓上部Mises应力

筒仓下部最大主应力

筒仓下部最大主应力

筒仓上部最小主应力

筒仓下部最小主应力

（2）筒仓位移结果

筒仓上部竖向位移

筒仓下部竖向位移

（2）钢筋应力结果

钢筋应力

6.数值模拟结果分析

（1）从应力结果来看，筒仓最大Mises应力位于柱与腋的相接部位的角部，柱的应力较大，最大Mises应力为13.74MPa;

（2）混凝土的最大压应力为13.66 MPa，最大拉应力为3.47 MPa；

（3）在荷载作用下，位移最大部位位于减压锥的环形区域，最大位移为4.87mm；

（4）钢筋的最大应力为153 MPa。

通过上述计算结果可知，整个结构的应力及位移均在合理范围，结论：满足规范规定的要求，可认为整个结构可以正常工作。

注：整个模型计算耗时为15-18小时。