钢板带加固落地式钢筒仓后强度及稳定性研究

论文摘要

落地式钢筒仓是一种存储粒状、粉状等松散物料的立式仓库容器,广泛应用于水泥、冶金、煤炭、电力、粮食等诸多领域。相对于钢筋混凝土筒仓,其具有构造简单、施工方便、造价低等优点。钢筒仓作为一种组合式旋转薄壳结构,其受力行为、破坏准则十分复杂。在储料产生的竖向摩擦力作用下,筒仓仓壁很容易发生屈曲破坏。钢筒仓对于缺陷非常敏感,微小的干扰就有可能产生屈曲变形,比如在下料时储料沿仓壁下滑,储料对仓壁产生的拉力和周向压力可能会出现非对称分布和局部应力集中的现象,最终可导致筒仓的局部屈曲破坏,影响其使用功能。有关资料表明,仓壁钢板在厚度转变处应力极易产生突变,且应力水平较高,与强度设计值和稳定临界应力较为接近。当钢板存在缺陷时,其承载力下降,致使钢板所受应力水平超过承载力而屈曲变形。我国的钢筒仓大都采用薄钢板卷制或是装配而成,其径厚比大,稳定性差,筒仓事故时有发生。为了确保钢筒仓的使用安全性能,并延长使用寿命,有必要对其进行检测,对存在安全隐患的筒仓进行加固处理。传统的方法是在仓壁的表面位置焊接加劲环梁。本文采用将钢板带粘贴至仓壁关键部位来提高钢筒仓的强度和稳定性。粘钢加固补强技术在各类工程中己得到广泛应用,与在仓壁上焊接加劲肋相比,粘钢板带加固筒仓具有许多优点,避免产生应力集中、残余应力,且钢板的物理力学性能为各向同性,受力性能好等优点。本文以钢板带加固落地式钢筒仓为研究对象,依据规范验算校核原筒仓的强度及稳定性,并采用数值分析的方法,包括静力分析、特征值屈曲分析、几何材料双重非线性分析,对加固前后钢筒仓的强度及稳定性能进行了系统的对比研究。研究表明,在钢筒仓的中下部,采用环向粘贴一定厚度、高度的钢板带能够有效提高筒仓的强度及稳定性能,并详细分析了粘贴钢板带厚度、高度、粘贴位置的改变对筒仓的影响。结果表明,钢筒仓的强度及稳定性随着粘贴钢板带厚度和高度的增加而增加,其中,增加其厚度要比增加高度对提高筒仓的强度和稳定性有效。纵向粘贴比环向粘贴对提高筒仓的稳定性能更有效,但是纵向粘贴钢板带由于钢板宽度的限制,施工存在一定难度。且纵向粘贴钢板带不及环向粘贴钢板带对提高筒仓的强度更为有效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 筒仓的发展及应用
• 1.2 落地式钢筒仓的特点及优势
• 1.3 筒仓事故
• 1.4 钢筒仓加固的研究现状
• 1.5 薄壳结构理论
• 1.5.1 薄壳的无矩理论和有矩理论
• 1.5.2 轴压下圆柱壳屈曲的临界荷载
• 1.5.3 圆柱薄壳结构稳定理论的发展
• 1.6 钢筒仓稳定计算方法
• 1.6.1 欧洲筒仓规范稳定计算方法
• 1.6.2 多层壳的稳定性理论
• 1.7 本文主要研究内容
• 第二章 落地式钢筒仓"褶皱"屈曲事故分析
• 2.1 引言
• 2.2 工程概况
• 2.3 "褶皱"屈曲变形的原因分析
• 2.3.1 屈曲
• 2.3.2 褶皱屈曲的现象分类
• 2.4 采用筒仓规范对原筒仓校核
• 2.4.1 荷载计算
• 2.4.2 原筒仓仓壁强度验算
• 2.4.3 仓壁强度验算小结
• 2.4.4 仓壁稳定性验算
• 2.4.5 仓壁稳定性验算小结
• 2.5 水泥钢筒仓褶皱屈曲原因分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 粘钢板加固大直径落地式钢筒仓的静力分析
• 3.1 引言
• 3.2 粘钢板有效性分析
• 3.3 未加固钢筒仓有限元静力分析
• 3.3.1 材料、单元及约束的定义
• 3.3.2 未加固筒仓有限元模型荷载
• 3.3.3 未加固筒仓有限元静力分析
• 3.4 加固后钢筒仓的有限元静力分析
• 3.4.1 粘贴钢板位置对筒仓静力性能的影响
• 3.4.2 粘贴钢板厚度对筒仓静力性能的影响
• 3.4.3 粘贴钢板高度对筒仓静力性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 粘钢板后钢筒仓的线性屈曲分析
• 4.1 线性屈曲分析
• 4.1.1 线性屈曲概述
• 4.1.2 典型筒仓的线性屈曲分析
• 4.2 粘钢板加固钢筒仓的线性屈曲分析
• 4.2.1 粘贴钢板厚度对筒仓线性屈曲的影响
• 4.2.2 粘贴钢板高度对筒仓线性屈曲的影响
• 4.2.3 粘贴钢板位置对筒仓线性屈曲的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 粘钢板后钢筒仓的非线性屈曲分析
• 5.1 粘钢板加固钢筒仓的非线性屈曲分析
• 5.2 具有初始几何缺陷的筒仓稳定性分析
• 5.2.1 随机缺陷模态法
• 5.2.2 一致缺陷模态法
• 5.2.3 环向焊缝几何缺陷
• 5.3 有初始几何缺陷的筒仓几何材料双重非线性分析
• 5.4 有初始几何缺陷的未加固筒仓的几何材料双重非线性分析
• 5.5 有初始几何缺陷的加固后筒仓的几何材料双重非线性分析
• 5.5.1 粘贴钢板厚度对筒仓非线性屈曲的影响
• 5.5.2 粘贴钢板高度对筒仓非线性屈曲的影响
• 5.5.3 粘贴钢板位置对筒仓非线性屈曲的影响
• 5.6 粘钢板加固钢筒仓施工注意事项
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表