地下大直径钢筋混凝土筒仓仓壁结构分析及比较

论文摘要

绿色储粮是当代粮食储藏发展的必然趋势，是实施可持续发展战略的重要方向。由于现有地上仓储粮存在不利于实现绿色储粮的诸多问题，开发、利用地下空间储粮就变得非常有意义。地下仓在长期安全低温储粮、节约储粮费用、减少化学污染、抵抗自然破坏等方面表现出无可比拟的优势，可以实现绿色储粮的目标。地下大直径钢筋混凝土筒仓是地下仓的一种。地下大直径钢筋混凝土筒仓不仅继承了地上筒仓的优点而且克服现有地下仓存在机械化程度低、仓容量小、易受地形限制、施工难度大的缺陷。本文在对圆筒形结构理论计算方法研究的基础上，借助考虑剪切变形影响的圆筒形结构的计算模型，推导了任意荷载作用下的荷载附加项和不同边界约束条件下的初参数解，通过ANSYS有限元软件验证了初参数法的适用范围，并运用初参数解法计算地下大直径钢筋混凝土筒仓仓壁在填土和装粮不同阶段的内力和位移变化；借助ANSYS有限元软件对地下大直径钢筋混凝土筒仓仓壁进行了材料非线性分析，明确了筒仓仓壁受力的特点，指出了筒仓仓壁受力的薄弱部位，挖掘了钢筋混凝土的潜在性能，探讨了仓壁厚度取值的影响因素；结合初参数法和ANSYS确定的仓壁厚度，探讨了地下大直径钢筋混凝土筒仓仓壁的内力和位移的影响因素，比较了不同方案仓壁的受力性能及经济性能。本文研究的目的是为今后该课题的结构设计、试验研究提供依据和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景、目的和意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 研究方案
• 1.5 研究目标与内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 1.6 研究选用的设计模型及基本假定
• 1.6.1 地下结构的设计模型
• 1.6.2 分析的基本假定
• 第二章 圆筒形结构计算方法研究
• 2.1 圆筒形结构理论方法
• 2.2 考虑剪切变形影响的理论
• 2.3 考虑剪切变形影响的圆筒形结构计算模型
• 2.4 通用计算模型的解
• 2.5 荷载引起的附加项
• 2.5.1 集中荷载 P 引起的附加项
• 2.5.2 分布荷载 q 引起的附加项
• 2.5.3 力矩 m 引起的附加项
• 2.6 不同边界约束条件下的初参数解
• 2.6.1 始端固支，终端固支（B1）
• 2.6.2 始端铰支，终端固支（B2）
• 2.6.3 始端自由，终端固支（B3）
• 2.6.4 始端铰支，终端铰支（B4）
• 2.6.5 始端自由，终端自由（B5）
• 2.7 考虑剪切变形影响初参数法的适用范围
• 第三章 ANSYS 有限元理论及圆筒形结构的线性分析
• 3.1 数值模拟方法与有限单元法
• 3.2 ANSYS 有限元软件
• 3.2.1 ANSYS 分析的主要特点
• 3.2.2 ANSYS 分析的典型流程
• 3.2.3 ANSYS 分析的主要功能
• 3.3 圆筒形结构的线性分析
• 3.3.1 参数及比较方案的选用
• 3.3.2 ANSYS 单元选用及特点
• 3.3.3 ANSYS 建模及求解
• 3.3.4 初参数法和 ANSYS 计算结果的比较
• 3.3.5 两种算法比较分析的结论
• 第四章 荷载计算及地下筒仓仓壁内力和位移变化研究
• 4.1 地质条件及基本荷载计算
• 4.1.1 地质条件
• 4.1.2 永久荷载计算
• 4.1.3 可变荷载计算
• 4.1.4 粮食荷载计算
• 4.2 地下筒仓仓壁的内力和位移变化
• 4.2.1 结构计算参数取值
• 4.2.2 仓壁边界约束条件
• 4.2.3 不同阶段的划分
• 4.2.4 不同阶段的荷载计算
• 4.2.5 不同阶段仓壁的内力和位移变化
• 第五章 地下筒仓仓壁的 ANSYS 非线性分析
• 5.1 ANSYS 非线性分析
• 5.1.1 屈服准则
• 5.1.2 流动准则
• 5.1.3 强化准则
• 5.1.4 非线性方程组的解法
• 5.2 钢筋混凝土非线性分析的意义
• 5.3 混凝土与钢筋材料的本构关系
• 5.3.1 混凝土单轴受压应力应变关系
• 5.3.2 钢筋应力应变关系
• 5.4 钢筋混凝土分析的有限元模型及基本假定
• 5.4.1 钢筋混凝土分析的有限元模型
• 5.4.2 有限元模型单元选用及特点
• 5.4.3 钢筋混凝土分析的基本假定
• 5.5 地下筒仓仓壁应力与应变分析
• 5.5.1 结构计算参数取值
• 5.5.2 ANSYS 建模过程及求解
• 5.5.3 求解结果的分析
• 5.5.4 地下筒仓壁厚的优化
• 5.6 地下筒仓仓壁厚度的影响因素分析
• 5.6.1 结构自重及上部荷载的影响
• 5.6.2 环向钢筋配筋率的影响
• 5.6.3 混凝土强度等级的影响
• 5.6.4 边界约束条件的影响
• 5.6.5 不同影响因素分析的结论
• 第六章 地下筒仓仓壁内力和位移影响因素分析及不同方案比较
• 6.1 地下筒仓仓壁内力和位移影响因素分析
• 6.1.1 材料弹性模量 E 的影响
• 6.1.2 仓壁厚度 h 的影响
• 6.1.3 仓壁高度 H 的影响
• 6.1.4 筒仓内径 dn 的影响
• 6.1.5 不同边界约束的影响
• 6.1.6 不同影响因素分析的结论
• 6.2 地下筒仓相同仓容不同方案仓壁的内力和位移比较
• 6.2.1 Q=1.0 万吨不同方案仓壁的内力和位移比较
• 6.2.2 Q=1.55 万吨不同方案仓壁的内力和位移比较
• 6.2.3 Q=2.0 万吨不同方案仓壁的内力和位移比较
• 6.2.4 Q=2.5 万吨不同方案仓壁的内力和位移比较
• 6.2.5 相同仓容不同方案仓壁的内力和位移比较结论
• 6.3 地下筒仓不同方案仓壁的经济比较
• 6.3.1 不同方案仓壁经济比较的原则
• 6.3.2 不同方案的确立
• 6.3.3 不同方案仓壁的经济比较
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文的研究成果及结论
• 7.2 本文的局限性及今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历