大直径筒仓旋转盘口桁架的精细化分析

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筒仓结构因其贮存方便、贮存容量大等优点得到广泛的应用。随着经济的发展,贮存量的增加,筒仓的直径不断增大,其施工平台的直径也随之加大,这为施工平台的设计和施工增加了难度。目前国内外学者对筒仓施工平台的研究较少,很少有施工经验可以借鉴,因此有必要对其展开详细的研究。本文提出一种新型旋转盘口式桁架,该桁架采用钢管搭设而成,将传统的垂直支撑系统转变为空间水平支撑系统,增强了施工中作业人员的安全保障,同时能够缩短工期,降低施工成本,并且可重复使用,节约资源。本文对30m直径的旋转盘口桁架进行非线性全过程有限元分析,计算其极限承载力。分别对施工第二阶段设置两圈拉索和第三阶段设置三圈拉索的桁架平台进行计算,得到其极限承载力分别为6300kN和12300kN,从而得到承载力储备指标,结合变形储备指标来量化评估结构的安全性。计算结果表明,两种形式的旋转盘口桁架的安全储备均大于1,安全系数均满足规程要求,说明旋转盘口桁架具有足够的安全储备。根据桁架的受力变形性能,对旋转盘口桁架进行局部加强,共设计了四种加强方案,对比分析每种方案下桁架的刚度(即最大挠度)和总用钢量(即自重),确定中心3×3加强桁架为最合理的局部加强方案,其在第二阶段的最大挠度相比未加固桁架的挠度降低了28%,第三阶段的最大挠度降低了33%,有效的提高了桁架的刚度。为降低桁架的挠度,在桁架底面内圈拉索锚固处设置预应力索,纵横向各5根,对预应力旋转盘口桁架的受力性能进行分析。结果表明预应力的施加可以有效降低桁架的挠度,并且随着预应力的增加,挠度基本呈直线下降趋势,杆件最大拉应力也随之减小。考虑杆件应力限值和预应力损失,确定张拉控制应力为930MPa,此时桁架的挠度为73mm,比非预应力桁架的挠度降低了33%,说明预应力的施加能够有效增大结构刚度。考虑结构的几何材料双重非线性,对预应力旋转盘口桁架的极限承载力进行分析,得到预应力桁架的极限承载力为7100kN,较非预应力桁架平台的极限承载力略有提升,经过分析,预应力的施加降低了杆件的应力峰值,从而使其能够承受更大的荷载。
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