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浅析干混搅拌楼钢结构风荷载作用下的动力论文

论文 时间:2019-10-07 我要投稿
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  近年来,在实际的施工过程中,我们不难发现,钢结构逐渐在房屋的建设过程中日益凸显出绝对的优势,其不仅减少了对环境的污染和对资源的浪费,还大大提高了建筑的工作质量和运行效率,因此,如何有效的对整个工作的流程进行合理的优化和完善,有效的把控相关受力物体的受力状态,进而更为有效的保证建筑物的稳定性,对于整个建设工程的发展而言具有重要的意义。本文以干混结构搅拌楼( 整体结构仅对主机层,计量层和屋面结构来建模做分析) 为例,针对搅拌楼主楼钢结构动力进行有限元分析,将计算与分析结果总结如下。

  1 干混搅拌楼概述

  干混搅拌楼( 本文以阶梯式结构为例) 主要的构成系统包括散装系统( 或包装系统) 、搅拌系统、计量系统、输送系统、暂存系统、除尘系统等等,当然这其中包含着一些相关的附属设施。通过搅拌楼的设置,有效的提高搅拌的均匀性和搅拌的运行效率。这种搅拌楼的应用能够对整个工程的施工质量、进度和成本的控制创建了更为积极的保证因素。而我们在实际的施工中会发现,很多搅拌楼都是采用钢结构来进行建设,因此,为了保证其能够有效的施工和使用,我们必须对相关的钢结构的受力状况进行科学的分析。

  2 搅拌楼钢结构载荷施加

  干混搅拌楼实际运行中,主楼载荷作用力的构成包括主楼构件自重、搅拌机/卸料斗重量、料仓各原料重量、以及风静载这几个方面。主楼中各构件自重等重力载荷均以重力载荷的方式施加于主楼结构上,主要动荷载则主要来源于提升机出料口落入料仓中所产生冲击作用力,搅拌机自身震动作用力,以及各种原料落入搅拌机中所产生冲击作用。上述动载荷根据动荷载系数折算为静载施加于相应支撑点。另在对搅拌楼主楼屋顶载荷以及风载进行处理时,应关注如下问题:

  ( 1) 针对搅拌楼主楼屋顶载荷作用力的处理: 干混搅拌楼主楼屋顶载荷以构件重力为主。另,搅拌楼屋顶多选用0.4 – 0.6mm 厚度的屋顶用压型彩钢板,此处计算取0.6,彩钢板1. 0m 宽度对应惯性矩作用力为13. 85cm4 /m,等但在输入钢板截面参数时,仅能够给定厚度,无法输入惯性矩作用力。因此,在处理屋顶载荷作用力时,还应当参考钢板惯性矩作用力计算彩钢板在刚度相同条件下的等效厚度。其中,惯性矩作用力的计算方式如下: Iy = bh3 /12; 式中Iy为1. 0m 宽彩钢板对应惯性矩作用力( 取恒定值) ,b 为彩钢板宽度( 取值为1. 0m) ; 经计算等效厚度取值为11. 85mm。虽然该情况下刚度达到等效,但实际上造成了重量的增加,因此还需要抵减多计算的11. 25m 厚度重量。因此还需在搅拌楼屋顶面上增加一个向上压强作用力用以抵消重量。经处理后总压强为866. 0Pa,垂直屋顶面压强为852. 0Pa,屋顶面内压强作用力为150. 0Pa;

  ( 2) 针对搅拌楼主楼风载荷作用力的处理。针对主楼风载荷作用力的计算方法如下: Pw = CKhQA; 式中: Pw为搅拌楼主楼风载荷作用力( 单位为N) ,C 为风力系数( 取值为1. 2) ,Kh为风压高度变化系数( 根据主楼高度取值,以1. 2 为例) ,为风向垂直迎风面积( 单位为m2 ) ,Q 为计算风压( 单位为N/m2 ,参考风力等级以及风速进行计算) 。经计算总风压作用力为142430N。在此基础之上,将该风压作用力施加于干混搅拌楼主楼某一侧面两侧支柱上,参考单个支柱长度计算单位长度梁体结构受力。本文中仅针对干混搅拌楼主楼主要钢结构进行分析,料仓及物料重力作用力以集中力方式施加于连接支腿上,搅拌机以及内部相关原料则以重力载荷方式施加于搅拌楼主楼相应支座上。主楼载荷施加于主楼结构上,并对支腿以及与地基基础连接部位的自由度进行整体约束。

  3 计算结果分析

  经有限元分析,干混搅拌楼主楼主要钢结构单元的最大应力数据如下表1 所示,最大位移数据如下表2 所示。结合表1、表2 相关数据来看,干混搅拌楼主楼主要钢结构单元的最大应力均不大,安全系数多在20 以上,主要原因是上述面单元均以铺地钢板以及屋顶钢板为主,载荷作用力以自身重力为主,且上述构件多发挥的是支承与连接作用。但搅拌楼的各个部分梁体单元的最大应力较高,第1 ~ 3 层以及地层最大应力出现在第2 层支腿部位,主要原因是: 搅拌楼主楼第2 层以上载荷作用力全部施加于第2 层支腿部位,且第2 ~ 3 层支腿材料与尺寸完全一致,但底层与第1 层支腿材料虽然一致,但尺寸明显增加,因此导致最大应力在第2 层支腿部位大量集中。搅拌楼计量/暂存仓部位的最大应力则集中在搅拌楼主楼与相关暂存仓连接方向斜支承部位,主要原因是该部位受料仓重力载荷的影响,加之该部位斜支承尺寸不大,进而导致出现较大的位置应力。同时,在满载荷作用力影响下,搅拌楼主楼主要钢结构节点位移不均衡,部分区域位移大,但相对位移以及相对应变均较小。面单元安全系数大,但多仅受到自重作用力的影响,其他载荷对安全系数的影响不大。各部分最大节点位移和最大应变不一定在同一位置,这是因为节点位移是各节点位移的累积效果,但是各单元最大应变和最大应力位置是一致的。同时通过有限元计算值与实测值的比较可看出,计算值普遍略大于实测值,主要原因是: 在对搅拌楼主楼钢结构单元载荷作用力进行实际计算时,各载荷均取上限值进行计算。但相对误差偏小,因此提示主楼主要钢结构单元的有限元力学分析结果与实际测试结果基本一致。

  4 结束语

  本文应用有限元分析方法对干混搅拌楼钢结构风荷载作用下动力特性进行分析,通过对干混搅拌楼主楼钢结构单元模型进行载荷施加与计算处理的方式,得到了主楼主要钢结构单元的有限元力学分析结果,分析结果与实际测试结果基本一致,充分反映了主楼结构的受力变形情况,在干混搅拌楼主楼结构的进一步优化设计中有着非常重要的参考意义与价值。

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