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摘要:文介绍了大型钢制贮仓基础有限元计算模型的特点。并对建立有限元模型及输入相应荷载和边界条件时的一些操作方法及应该注意的问题进行了阐述。
关键词:有限元;钢贮仓;计算模型
中图分类号：TU391文献标识码： A
贮仓作为生产调节、运转、贮存物料的设备具有容量大、占地少、贮卸料通畅等优点，现在已经成为工业建筑中一类不可缺少的构筑物。随着我国经济建设的高速发展，钢贮仓作为贮槽的一种结构形式由于其具有自重轻、安装制作方便、施工速度快等诸多优点，其使用频率也越来越频繁。有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。如今用有限元设计软件进行复杂基础的分析和计算在设计行业是非常通用的一种方法，下面就对钢制圆形贮槽基础有限元计算模型的建立和输入谈谈其几个常用的方法和要点。
1 钢贮仓基础结构形式
根据钢贮仓基础顶标高及其上部结构重量（包括钢贮仓自重、贮槽内物料重量及贮槽顶结构自重）不同，其基础形式大致可分为两种：当基础高度在4.5米以下时，采用大块实体式；当基础高度在4.5米以上时，采用环墙式（当采用环墙式基础时，为了保证人在施工中正常通行，上下底板间净高不小于1.8m。一般钢贮仓基础上下底板厚度均不会超过1.5米）。
图1大块实体式基础模型图2环墙式基础模型
对于大块实体式基础，可仅对基础抗冲切进行计算，基础钢筋按构造要求配置。对于环墙式基础，应建立有限元模型分析计算，根据计算结果选择合理的板厚及配筋。本文仅对环墙式钢储槽基础有限元模型的建立应注意以下事项：
2 钢贮仓基础计算模型建立
1）模型网格划分应根据基础实际形状分区域划分，同时应选择合理的单元尺寸及形状。单元尺寸越小，分析结果越精确，但计算量也相应增大；单元划分时尽量选择四边形及六面体单元，其计算精确优于三角形及四面体单元。当基础地基为桩基时，可将桩基与基础整体划分（此时单元为四面体单元）。
圖3 分解槽基础网格划分 图4 桩基与基础整体网格划分
2）分解槽可简化为一个质点，质点在Z轴方向坐标应为分解槽的实际质心位置。
3）代表分解槽的质点与基础顶板通过刚性杆连接时应注意以下问题：刚性杆为线单元，当基础顶板为壳单元时，由于两种单元节点均具有6个自由度，可直接连接。当基础顶板为实体单元时，由于实体单元没有旋转自由度，两种单元直接连接很容易导致实体单元三个方向均出现铰的行为。对于具有不同节点自由度单元的连接通常采用增加虚梁的办法传递内力。
图5基础计算模型三维视图一图6基础计算模型三维视图二
3结构荷载输入
作用于钢贮仓基础上的结构荷载主要有：
(1)恒荷载：一般包括钢贮仓自重、仓壁内衬自重及仓顶给料设备荷载等。
(2)活荷载：一般主要是贮料荷载，及仓顶操作层活荷载。
(3)对钢贮仓基础施加荷载时应注意把上部荷载及其产生的质量进行区分。
首先分别将上部荷载换算成均布荷载施加于基础顶面，其次把上部荷载产生的质量赋给代表分解槽的质点。此外对于风荷载同样需要将其换算成集中力施加于代表分解槽的质点，这样才能准确计算风荷载及地震荷载对基础的作用。（在有限元软件中，自重和质量是两个概念。在没有特殊指定的情况下，质量与自重间不会自动转化。
4 基地约束条件输入
为了近似模拟钢贮仓基础与地基共同作用，模型中将地基简化为只受压弹簧指定于基础底面。在Sap2000中建立弹簧需要输入其刚度，此参数可通过《建筑振动工程手册》中的天然地基抗压刚度系数换算得到。在MIDAS中建立弹簧则需要输入基床系数，此参数可通过顾晓鲁等主编的《地基与基础》中的基床系数K值得到。
将地基简化为只受压弹簧时应注意如下问题：当地基为天然地基或复合地基时，需将地基简化成均匀弹簧，并赋予刚度值；当地基为桩基时，由于桩的刚度比桩间土的刚度大很多，所以应将桩基与桩间土采用不同弹簧表示。代表桩基的弹簧刚度可根据明德林-盖德斯法计算：
桩顶沉降S0由桩端沉降Sb和桩身压缩量Ss组成。
S0=Ss+Sb=△QL/EpAp+Q/EsL
△——桩侧阻力分布形式有关的系数，一般情况下△=1/2。
Es——桩端下地基土的压缩模量。
若将桩本身及桩端土假设为两个弹簧，则其刚度值可分别取EpAp/△L、EsL，而代表桩基的弹簧刚度为两者串联后得到的值。
5 分析与计算
在模型建立后应分别根据不同计算软件的相关规定进行分析和计算，并根据相关规定对计算结果进行判断。本文由于篇幅有限不做深谈。
6 结语
在钢贮仓基础有限元模型建立过程中，只有正确、合理的划分单元，输入荷载及准确的输入约束条件。才能得到正确的分析结果，确保结构更加安全使用、经济合理。
参考文献：
顾晓鲁主编.《地基与基础》-3版.北京：中国建筑工业出版社
胡于进，王璋奇.《有限元分析及应用》.北京：清华大学出版社
朱慈勉主编.《结构力学》.北京：高等教育出版社，2004
关键词:有限元;钢贮仓;计算模型
中图分类号：TU391文献标识码： A
贮仓作为生产调节、运转、贮存物料的设备具有容量大、占地少、贮卸料通畅等优点，现在已经成为工业建筑中一类不可缺少的构筑物。随着我国经济建设的高速发展，钢贮仓作为贮槽的一种结构形式由于其具有自重轻、安装制作方便、施工速度快等诸多优点，其使用频率也越来越频繁。有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。如今用有限元设计软件进行复杂基础的分析和计算在设计行业是非常通用的一种方法，下面就对钢制圆形贮槽基础有限元计算模型的建立和输入谈谈其几个常用的方法和要点。
1 钢贮仓基础结构形式
根据钢贮仓基础顶标高及其上部结构重量（包括钢贮仓自重、贮槽内物料重量及贮槽顶结构自重）不同，其基础形式大致可分为两种：当基础高度在4.5米以下时，采用大块实体式；当基础高度在4.5米以上时，采用环墙式（当采用环墙式基础时，为了保证人在施工中正常通行，上下底板间净高不小于1.8m。一般钢贮仓基础上下底板厚度均不会超过1.5米）。
图1大块实体式基础模型图2环墙式基础模型
对于大块实体式基础，可仅对基础抗冲切进行计算，基础钢筋按构造要求配置。对于环墙式基础，应建立有限元模型分析计算，根据计算结果选择合理的板厚及配筋。本文仅对环墙式钢储槽基础有限元模型的建立应注意以下事项：
2 钢贮仓基础计算模型建立
1）模型网格划分应根据基础实际形状分区域划分，同时应选择合理的单元尺寸及形状。单元尺寸越小，分析结果越精确，但计算量也相应增大；单元划分时尽量选择四边形及六面体单元，其计算精确优于三角形及四面体单元。当基础地基为桩基时，可将桩基与基础整体划分（此时单元为四面体单元）。
圖3 分解槽基础网格划分 图4 桩基与基础整体网格划分
2）分解槽可简化为一个质点，质点在Z轴方向坐标应为分解槽的实际质心位置。
3）代表分解槽的质点与基础顶板通过刚性杆连接时应注意以下问题：刚性杆为线单元，当基础顶板为壳单元时，由于两种单元节点均具有6个自由度，可直接连接。当基础顶板为实体单元时，由于实体单元没有旋转自由度，两种单元直接连接很容易导致实体单元三个方向均出现铰的行为。对于具有不同节点自由度单元的连接通常采用增加虚梁的办法传递内力。
图5基础计算模型三维视图一图6基础计算模型三维视图二
3结构荷载输入
作用于钢贮仓基础上的结构荷载主要有：
(1)恒荷载：一般包括钢贮仓自重、仓壁内衬自重及仓顶给料设备荷载等。
(2)活荷载：一般主要是贮料荷载，及仓顶操作层活荷载。
(3)对钢贮仓基础施加荷载时应注意把上部荷载及其产生的质量进行区分。
首先分别将上部荷载换算成均布荷载施加于基础顶面，其次把上部荷载产生的质量赋给代表分解槽的质点。此外对于风荷载同样需要将其换算成集中力施加于代表分解槽的质点，这样才能准确计算风荷载及地震荷载对基础的作用。（在有限元软件中，自重和质量是两个概念。在没有特殊指定的情况下，质量与自重间不会自动转化。
4 基地约束条件输入
为了近似模拟钢贮仓基础与地基共同作用，模型中将地基简化为只受压弹簧指定于基础底面。在Sap2000中建立弹簧需要输入其刚度，此参数可通过《建筑振动工程手册》中的天然地基抗压刚度系数换算得到。在MIDAS中建立弹簧则需要输入基床系数，此参数可通过顾晓鲁等主编的《地基与基础》中的基床系数K值得到。
将地基简化为只受压弹簧时应注意如下问题：当地基为天然地基或复合地基时，需将地基简化成均匀弹簧，并赋予刚度值；当地基为桩基时，由于桩的刚度比桩间土的刚度大很多，所以应将桩基与桩间土采用不同弹簧表示。代表桩基的弹簧刚度可根据明德林-盖德斯法计算：
桩顶沉降S0由桩端沉降Sb和桩身压缩量Ss组成。
S0=Ss+Sb=△QL/EpAp+Q/EsL
△——桩侧阻力分布形式有关的系数，一般情况下△=1/2。
Es——桩端下地基土的压缩模量。
若将桩本身及桩端土假设为两个弹簧，则其刚度值可分别取EpAp/△L、EsL，而代表桩基的弹簧刚度为两者串联后得到的值。
5 分析与计算
在模型建立后应分别根据不同计算软件的相关规定进行分析和计算，并根据相关规定对计算结果进行判断。本文由于篇幅有限不做深谈。
6 结语
在钢贮仓基础有限元模型建立过程中，只有正确、合理的划分单元，输入荷载及准确的输入约束条件。才能得到正确的分析结果，确保结构更加安全使用、经济合理。
参考文献：
顾晓鲁主编.《地基与基础》-3版.北京：中国建筑工业出版社
胡于进，王璋奇.《有限元分析及应用》.北京：清华大学出版社
朱慈勉主编.《结构力学》.北京：高等教育出版社，2004