徐 森，孫巍巍，張 威

(南京理工大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京 210094)

鋼筋混凝土筒倉(cāng)的建設(shè)與應(yīng)用在我國(guó)早期主要參考蘇聯(lián)的相關(guān)規(guī)范，于1985年正式頒布實(shí)施了《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)劃》(GBJ 77—85)，在此基礎(chǔ)上修訂改編為GB 50077—2003[1]。隨著能源、建筑、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，鋼筋混凝土筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)和形式也出現(xiàn)了新的突破。經(jīng)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行筒倉(cāng)規(guī)范為《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50077—2017)[2]。

目前，國(guó)內(nèi)大直徑中心錐體筒倉(cāng)內(nèi)部錐體多采用整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式，針對(duì)預(yù)制裝配式中心錐體筒倉(cāng)的研究成果相對(duì)較少，筆者借助ANSYS有限元軟件計(jì)算得到中心錐體預(yù)制板吊裝階段內(nèi)力分布規(guī)律，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析及探討。

1 工程概況

(a)中心錐體剖面

(b)預(yù)制板示意

某中心錐體筒倉(cāng)內(nèi)徑為22.5 m，錐體預(yù)制板為24片加1片頂部蓋板，借助ANSYS有限元軟件模擬預(yù)制板吊裝施工過(guò)程，中心錐體及預(yù)制板如圖1所示。

預(yù)制板的吊裝過(guò)程可分以下兩步：①保持預(yù)制板處于平整狀態(tài)，然后依次連接預(yù)制板中3個(gè)吊點(diǎn)，并沿鉛垂方向緩慢起吊至合適高度；②固定預(yù)制板頂部吊點(diǎn)，使其繞底邊緩慢旋轉(zhuǎn)60°并保持，最終完成定位拼裝。

2 預(yù)制板有限元分析

2.1 有限元模型建立

ANSYS分析過(guò)程包括模型建立、邊界條件設(shè)定和結(jié)果分析[3]。單位取國(guó)際單位制(SI)，預(yù)制板ANSYS模型采用SHELL 181單元模擬，混凝土等級(jí)為C40，彈性模量Ec=3.25×1010N/m2，混凝土泊松比μc=0.2，混凝土密度ρc=2 500 kg/m3，預(yù)制板網(wǎng)格劃分時(shí)單元邊長(zhǎng)取0.15 m，最終得到預(yù)制板有限元模型如圖2所示。

2.2 荷載與邊界條件

預(yù)制板吊裝分兩步，有限元計(jì)算時(shí)每一步邊界條件為：①頂部吊點(diǎn)約束UZ方向自由度，左側(cè)吊點(diǎn)約束UX，UY，UZ方向自由度，右側(cè)吊點(diǎn)約束UY，UZ方向自由度；②頂部吊點(diǎn)約束UZ方向自由度，預(yù)制板底部邊緣所有節(jié)點(diǎn)約束UX，UY，UZ方向自由度。

吊裝每一步荷載水平保持一致，分別為重力荷載與預(yù)制板頂部集中荷載，集中荷載主要為工人及定位安裝時(shí)設(shè)備自重，分析時(shí)取值為1 500 kN。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

吊裝每一步預(yù)制板內(nèi)力絕對(duì)值最大值見表1。

表1 預(yù)制板內(nèi)力結(jié)果

實(shí)際工程中，吊裝工況主要影響預(yù)制板豎向配筋，以下重點(diǎn)關(guān)注預(yù)制板豎向軸力與彎矩云圖，如圖3、圖4所示。

(a)吊裝第一步 (b)吊裝第二步

(a)豎向軸力云圖 (b)豎向彎矩云圖

(a)豎向軸力云圖 (b)豎向彎矩云圖

由圖3可知，預(yù)制板豎向軸拉力最大值發(fā)生在頂部吊點(diǎn)附近，為580.7 kN/m，最大軸壓力則位于預(yù)制板頂部吊點(diǎn)兩側(cè)變截面處，為-239.6 kN/m；豎向最大正彎矩位于頂部吊點(diǎn)附近，為277.7 kN·m/m；最大負(fù)彎矩則位于預(yù)制板中部區(qū)域，為-126.9 kN·m/m。

由圖4可知，預(yù)制板豎向軸拉力最大值發(fā)生在頂部吊點(diǎn)附近，為580.7 kN/m，最大軸壓力則位于預(yù)制板中部區(qū)域，為-279.9 kN/m；豎向最大正彎矩位于頂部吊點(diǎn)附近，為284.5 kN·m/m；最大負(fù)彎矩則位于預(yù)制板中部區(qū)域，為-357.4 kN·m/m。

3 結(jié)束語(yǔ)

借助ANSYS模擬施工工況后，可以得到預(yù)制板吊裝過(guò)程中典型控制截面包括：頂部吊點(diǎn)附近變截面處、預(yù)制板底部變截面處。同時(shí)需要考慮中間正常厚度處存在的較大負(fù)彎矩。從而為裝配式中心錐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。