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在筒仓常规设计方法中,上部结构和基础设计是独立的,忽略了彼此刚度的相互影响;在地基承载力验算、沉降计算时,亦不考虑基础的刚度,只要其变形量不超过规范允许值即可。该常规设计方法存在着这样一个缺陷:没有考虑地基实际存在的差异沉降会引起上部结构的内力重分布,在某些部位低估了结构的内力。而差异沉降恰是导致上部结构产生次生应力的最主要原因之一。对于筒仓这样重心高、荷载大的特种结构,可能存在着很大的安全隐患。目前,国内外关于钢筋混凝土筒仓结构在地基不均匀沉降作用下整体受力变化的研究很少。研究差异沉降对筒仓结构影响的一般规律是保证筒仓结构安全、优化设计和处理工程事故的重要理论基础,具有很大的工程意义。
本研究论文考虑到筒仓上部结构与地基基础共同作用的事实,着重分析差异沉降引起的筒仓结构次生应力问题。采用大型通用有限元软件ANSYS,根据筒仓相应设计规范和常规做法,建立筒壁和内柱共同支承式圆形筒仓的有限元模型,直接通过固定支座作用整体倾斜、碟形沉降、倒V字形沉降、正V字形沉降四种不均匀沉降方式,定量分析了差异沉降对筒仓结构内力的影响规律,总结出了相应的结论。同时对筒仓结构在常规设计中如何考虑相关问题提出了建议。研究表明,除了沉降差异大小外,不均匀沉降方式也是影响筒仓结构次生应力的重要因素。当地基变形量小于规范允许值时,除整体倾斜外,其余方式的差异沉降所引起的筒仓结构的附加内力会使部分构件变得不安全,在设计中仅仅依照常规方法计算、并按相关规范要求控制地基的平均沉降量和整体倾斜率等变形指标不能满足安全要求。
同时本研究论文结合某水泥厂生料库工程事故实例,验证有限元模拟所得的差异沉降对筒仓结构影响一般规律的正确性。本研究论文得到的结论可以适用于单筒壁或双筒壁与内柱共同支承的大型独立筒仓,可供实际工程结构设计、事故分析和加固时参考使用。