筒仓结构—地基相互作用动力计算

论文摘要

筒仓应用于农业、矿业、化工、电力等诸多领域中的散料储存。筒仓作为一种向高空发展的现代结构,其理论分析和结构计算不同于其它一般形式的建筑物。世界上许多国家和学者都对其进行了大量的理论分析和实验研究,得到了一些基本一致的结论和计算公式。作为一种薄壳特种结构,复杂的受力情况和传统简单的设计方法使筒仓事故不时发生。仓壁与储料荷载相互作用、地基与筒仓结构相互作用是目前工程设计人员研究的两个主要问题。通过对地震工程实践总结,人们越来越认识到结构和地基动力相互作用对筒仓的地震反应有着重要的影响。本文是完成陕西省科技厅项目《贮料——贮仓——地基相互作用动力特性的理论分析与实验研究》的部分计算内容,具体进行了以下几个方面的工作:1.运用有限元法对地基——贮仓——散体动力相互作用进行系统的分析,并得出一些结论。对筒仓模型及实仓进行有限元计算时,充分考虑结构各部分刚度的变化情况,将仓体及地基的各部分分别按板壳元、杆单元、梁单元、体单元进行计算,使计算模型更加反映结构及地基的真实情况。2.本文运用集中质量弹性杆的方法来模拟筒仓内部散料,并设计了不同的集中质量模型进行计算比较。用有限元法对不同地基上的筒仓进行了静、动力分析计算。在计算地基对筒仓结构简谐运动的动力响应时,研究了散体对筒仓的作用及散体对仓体的减振作用。3.考虑不同地基的情况,输入不同的地震激励,采用纽马克时间积分法求解动力方程,对地基——筒仓结构体系进行了非线性瞬态时程响应分析。通过数值计算和结果分析比较,探讨结构在地震作用下的动力反应的特点和一些规律,找出筒仓结构在地震时的薄弱点,并对筒仓的抗震能力评估。对结构体系静、动力特性系统研究后,论文对研究内容及成果做了简单的总结,得出一些结论,并指出文中的不足之处和尚有待进一步开展的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.2 存在的问题
• 1.2.1 储料荷载对仓壁作用问题
• 1.2.2 筒仓结构与地基动力相互作用问题
• 1.3 问题的研究进展
• 1.3.1 筒仓静态压力研究进展
• 1.3.2 筒仓仓壁动态压力研究进展
• 1.3.3 筒仓内部散体和仓壁相互作用的研究进展
• 1.3.4 筒仓结构有限元分析法研究进展
• 1.3.5 筒仓结构与地基的动力相互作用研究进展
• 1.4 国内与国外筒仓研究的差距
• 1.5 贮仓结构建设的发展趋势
• 1.6 研究意义
• 1.7 本文的主要工作
• 第二章 筒仓及有限元基本理论
• 2.1 静压力的计算公式
• 2.2 锥斗贮料压力的分析
• 2.3 有限元法
• 2.3.1 有限单元法
• 2.3.2 四节点薄壳等参元
• 2.3.3 平板（基础板）
• 2.3.4 空间梁单元
• 2.3.5 八节点六面体等参元
• 2.3.6 有限元特征矩阵
• 2.4 弹塑性屈服准则
• 2.4.1 Von Mises 准则
• 2.4.2 线性Mohr-Coulomb 屈服准则
• 2.4.3 抛物线Mohr-Coulomb 屈服准则
• 2.4.4 Drucker-Prager 屈服准则
• 第三章 筒仓的静力分析与自振分析
• 3.1 筒仓模型
• 3.2 筒仓有限元模型单元划分
• 3.3 有限元计算结果分析
• 3.3.1 刚性地基上的筒仓
• 3.3.2 弹性地基上的筒仓
• 3.4 自振分析
• 3.5 结论
• 第四章 贮仓——地基相互作用的动力研究
• 4.1 贮仓-地基相互作用系统运动方程的建立
• 4.2 散体与仓壁相互作用的计算模式
• 4.3 参数的确定
• 4.3.1 弹性刚度杆K 的确定
• 4.3.2 结构阻尼的确定
• 4.4 有限元模型计算
• 4.4.1 刚性地基上的筒仓模型
• 4.4.2 弹性地基上的筒仓模型
• 4.5 小结
• 第五章 大型筒仓在地震作用下的有限元计算
• 5.1 地震作用理论
• 5.2 瞬态动力学概论
• 5.3 筒仓的模型介绍
• 5.3.1 主要计算参数
• 5.3.2 地震时程线的来源
• 5.4 计算结构及响应分析
• 5.5 满仓在地震波输入后的动力响应
• 5.5.1 刚性地基上筒仓的动力响应
• 5.5.2 弹性地基上筒仓的动力响应
• 5.6 小结
• 结论及展望
• 一、主要结论
• 二、对筒仓研究工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢