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| 有限元分析 |
大直徑預應力筒倉在選煤廠生產工藝中有著十分重要的地位，然而長期以來選煤廠預應力筒倉倉壁計算采用筒倉規范公式進行計算，未考慮漏斗平臺處對倉壁約束影響，使得倉壁配筋底部計算鋼筋間距過密，增大了施工難度。采用有限元分析可以精確的計算出倉壁與漏斗平臺處受力情況，為以后筒倉倉壁配筋設計提供參考。
某選煤廠原煤倉，采用預應力鋼筋混凝土倉，單排兩倉，單倉倉容1.5萬t，倉內直徑25 m，壁厚0.35 m，倉體高52.6 m，總高62.3 m。混凝土強度均為C40，預應力筋為鋼絞線，見圖。
本工程分別采用《鋼筋混凝土筒倉設計規范》公式(以下簡稱規范算法)和有限元方法對筒倉倉壁受力進行計算。
1)采用Midas Gen建立有限元模型，倉頂錐殼、倉壁、筒壁及漏斗板采用薄板單元建立，共14999個單元；漏斗梁、倉底柱以及環梁采用梁單元建立，共1517個，對桁架單元施加初始拉力模擬預應力鋼筋，共6264個單元；筒倉底部約束考慮固結。
2)計算參數及工況。筒倉儲料荷載取γ=10 kN/m3，內摩擦角θ=30°，貯料與倉壁摩擦系數μ=0.55，預應力鋼絞線采用s15.2，鋼筋采用HRB335，混凝土均為C40，考慮工況如下：
工況一：1.0恒載+1.0煤壓荷載；
工況二(空倉):1.0恒載+1.0預應力荷載；
工況三(滿倉):1.0恒載+1.0煤壓荷載+1.0預應力荷載；
工況四(滿倉):1.2恒載+1.3煤壓荷載+1.0預應力荷載；
分別給出按筒倉規范公式方法和有限元方法不同工況計算數據；
由工況一計算結果可知，規范計算因采用無矩殼體理論，倉壁最底部環向拉力最大，而有限元法考慮漏斗板剛度約束作用，最大環向拉力在倉壁高度1/7.5H處，之后環向拉力逐漸減小，因此在有限元計算時此范圍內使用非預應力鋼筋即可滿足要求；另外有限元計算最大環向拉力位置比規范計算結果大5.5%，此處若采用規范計算結果配筋，強度計算滿足要求，裂縫計算滿足不了要求，偏于不安全。規范方法采用無矩殼體理論假定殼體只有薄膜內力，而彎矩等于零，未考慮倉壁彎矩的作用，有限元法可以得到倉壁豎向彎矩和環向彎矩倉底最大，豎向彎矩為最大環向拉力的3.7%，影響較小，環向彎矩為最大環向拉力的13.7%，影響較大，并且1/7.5H以上環向彎矩影響很小。
由工況二計算結果可知1區段～4區段規范計算與有限元計算預應力對倉壁的環向拉應力復合較好，第5區段因有限元計算時未配置預應力鋼筋，環向壓力相差很大；此外，預應力鋼筋產生的次彎矩豎向彎矩較小，環向彎矩倉底及倉口處影響較大，設計時應對空倉時非預應力鋼筋產生的次彎矩進行驗算。
由工況三、四計算結果分析可知，規范計算與有限元計算在倉壁高度1/7.5H以上環向拉力復合較好，在倉壁高度1/7.5H以下，第5區段配置非預應力鋼筋即可滿足要求。若按規范方法計算，倉底處預應力筋及非預應力筋配筋量很大，不經濟，而且施工難度增大。
規范算法依據無矩殼體理論假定殼體只有薄膜內力未考慮漏斗對倉壁剛度約束作用，計算結果局部偏于不安全，使用有限元軟件Midas Gen，采用桁架單元模擬預應力鋼筋進行有限元計算分析，可以精確的分析出不同工況下倉壁受力情況，并進行配筋設計。
