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| 有限元分析 |
大直径预应力筒仓在选煤厂生产工艺中有着十分重要的地位，然而长期以来选煤厂预应力筒仓仓壁计算采用筒仓规范公式进行计算，未考虑漏斗平台处对仓壁约束影响，使得仓壁配筋底部计算钢筋间距过密，增大了施工难度。采用有限元分析可以精确的计算出仓壁与漏斗平台处受力情况，为以后筒仓仓壁配筋设计提供参考。
某选煤厂原煤仓，采用预应力钢筋混凝土仓，单排两仓，单仓仓容1.5万t，仓内直径25 m，壁厚0.35 m，仓体高52.6 m，总高62.3 m。混凝土强度均为C40，预应力筋为钢绞线，见图。
本工程分别采用《钢筋混凝土筒仓设计规范》公式(以下简称规范算法)和有限元方法对筒仓仓壁受力进行计算。
1)采用Midas Gen建立有限元模型，仓顶锥壳、仓壁、筒壁及漏斗板采用薄板单元建立，共14999个单元；漏斗梁、仓底柱以及环梁采用梁单元建立，共1517个，对桁架单元施加初始拉力模拟预应力钢筋，共6264个单元；筒仓底部约束考虑固结。
2)计算参数及工况。筒仓储料荷载取γ=10 kN/m3，内摩擦角θ=30°，贮料与仓壁摩擦系数μ=0.55，预应力钢绞线采用s15.2，钢筋采用HRB335，混凝土均为C40，考虑工况如下：
工况一：1.0恒载+1.0煤压荷载；
工况二(空仓):1.0恒载+1.0预应力荷载；
工况三(满仓):1.0恒载+1.0煤压荷载+1.0预应力荷载；
工况四(满仓):1.2恒载+1.3煤压荷载+1.0预应力荷载；
分别给出按筒仓规范公式方法和有限元方法不同工况计算数据；
由工况一计算结果可知，规范计算因采用无矩壳体理论，仓壁最底部环向拉力最大，而有限元法考虑漏斗板刚度约束作用，最大环向拉力在仓壁高度1/7.5H处，之后环向拉力逐渐减小，因此在有限元计算时此范围内使用非预应力钢筋即可满足要求；另外有限元计算最大环向拉力位置比规范计算结果大5.5%，此处若采用规范计算结果配筋，强度计算满足要求，裂缝计算满足不了要求，偏于不安全。规范方法采用无矩壳体理论假定壳体只有薄膜内力，而弯矩等于零，未考虑仓壁弯矩的作用，有限元法可以得到仓壁竖向弯矩和环向弯矩仓底最大，竖向弯矩为最大环向拉力的3.7%，影响较小，环向弯矩为最大环向拉力的13.7%，影响较大，并且1/7.5H以上环向弯矩影响很小。
由工况二计算结果可知1区段～4区段规范计算与有限元计算预应力对仓壁的环向拉应力复合较好，第5区段因有限元计算时未配置预应力钢筋，环向压力相差很大；此外，预应力钢筋产生的次弯矩竖向弯矩较小，环向弯矩仓底及仓口处影响较大，设计时应对空仓时非预应力钢筋产生的次弯矩进行验算。
由工况三、四计算结果分析可知，规范计算与有限元计算在仓壁高度1/7.5H以上环向拉力复合较好，在仓壁高度1/7.5H以下，第5区段配置非预应力钢筋即可满足要求。若按规范方法计算，仓底处预应力筋及非预应力筋配筋量很大，不经济，而且施工难度增大。
规范算法依据无矩壳体理论假定壳体只有薄膜内力未考虑漏斗对仓壁刚度约束作用，计算结果局部偏于不安全，使用有限元软件Midas Gen，采用桁架单元模拟预应力钢筋进行有限元计算分析，可以精确的分析出不同工况下仓壁受力情况，并进行配筋设计。
