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大直径预应力混凝土筒仓(Large-diameter Prestressed Concrete Silo,简称大直径PCS)广泛应用于农业、矿业、化工、电力等领域,是我国国民经济建设中一项不可缺少的构筑物。贮料内压和温度荷载是影响其仓壁受力的主要因素。但是国内目前对大直径PCS在贮料内压、温度作用下的计算理论、设计方法等方面的研究相对欠缺。
本文首先比较了筒仓结构的通用设计方法,并且以有矩理论作为理论基础,针对大直径PCS的设计推导出贮料荷载和温差作用下的仓壁内力计算公式,并对大直径PCS的贮料荷载效应和温度作用效应进行系统的参数研究,探讨了大直径PCS的实用设计方法。本文主要包括如下五个方面的工作:
(1)通过对目前常用的三种筒仓内力计算方法的计算比较,结果表明有矩理论具有较高的计算精度和方便性。
(2)基于有矩理论,推导了大直径PCS在贮料荷载和温度作用下的仓壁内力计算公式,该公式计算结果与有限元软件计算结果非常吻合。
(3)运用有限元软件对大直径PCS在贮料荷载下的效应进行系统的参数分析,涉及的因素包括内径、壁厚、高径比、仓底约束等。基于参数分析结果,拟合出适用于工程设计的仓壁环向力及竖向弯矩的简化计算公式。
(4)探讨了一种仓壁环向预应力筋优化配置方法,并选取某实际工程,对其原设计及优化配筋后的方案分别进行计算,结果表明优化方案的仓壁受力得到明显改善。
(5)运用有限元软件对大直径PCS在温度荷载下的效应进行系统的参数分析,涉及的因素包括仓底约束条件、内径、壁厚、高径比等。研究了温度荷载效应与贮料荷载效应的比例关系,并拟合出相应的函数。