王汀

（江蘇省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引言

筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)在建材、糧食、冶金、煤炭等行業(yè)應(yīng)用廣泛，近年來(lái)隨著計(jì)算條件的發(fā)展，不少軟件公司都推出了基于有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析軟件。 經(jīng)過(guò)實(shí)踐，從建模便捷性、儲(chǔ)料荷載計(jì)算與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)條文的一致性、各工況的疊加和包絡(luò)、計(jì)算分析結(jié)果的合理性等方面來(lái)看，YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件表現(xiàn)良好。 現(xiàn)就其在筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建模、加載、計(jì)算前處理、 結(jié)果數(shù)據(jù)分析判斷這幾方面的應(yīng)用過(guò)程和注意要點(diǎn)予以概述。

1 建模

YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)建模采取傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層-全樓組裝的方式， 便捷而直觀。 參照《YJK 筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)》[1]，標(biāo)準(zhǔn)層可按支承筒壁、倉(cāng)底結(jié)構(gòu)、倉(cāng)壁、倉(cāng)頂、倉(cāng)頂房等分層建立。對(duì)于高大筒倉(cāng)， 應(yīng)把倉(cāng)壁分段以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)料荷載并布置的目的。 一般倉(cāng)壁分段高度在4 m左右為宜， 全樓組裝時(shí)不要用同一標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行自然層數(shù)的疊加， 否則會(huì)造成軟件識(shí)別困難而致荷載布置異常，應(yīng)按實(shí)際層數(shù)建立各標(biāo)準(zhǔn)層模型。 漏斗部分可以通過(guò)斜墻或斜板兩種途徑建模， 不同方法對(duì)應(yīng)不同的加載方式。漏斗按斜板建模時(shí)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算彈性板導(dǎo)荷應(yīng)采用“有限元方式”。

軟件增強(qiáng)了交互式建模， 減少了模型參數(shù)輸入，人機(jī)界面友好，建模、荷載布置所見(jiàn)即所得，便于設(shè)計(jì)者快速掌握運(yùn)用，建模效率明顯提高。

2 荷載

筒倉(cāng)儲(chǔ)料荷載主要由作用在倉(cāng)壁上的水平壓力和豎向摩擦力以及作用在倉(cāng)底的豎向壓力組成。軟件提供“筒倉(cāng)荷載”工具計(jì)算上述荷載并自動(dòng)布置，也可手工計(jì)算輸入?！巴矀}(cāng)荷載”工具按《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50077—2017[2]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“筒標(biāo)”）進(jìn)行預(yù)設(shè)，方便設(shè)計(jì)者計(jì)算校核。根據(jù)起始層號(hào)、儲(chǔ)料計(jì)算高度，軟件可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算水平壓力和豎向摩擦力并在倉(cāng)壁相應(yīng)高度自動(dòng)布置，并將儲(chǔ)料底部壓力布于倉(cāng)底板上；漏斗上的切向力和法向力也可由程序生成。

筒倉(cāng)在生產(chǎn)使用中會(huì)出現(xiàn)不同工況：由料位高度變化引起淺倉(cāng)、深倉(cāng)工況的交替，群倉(cāng)布置時(shí)各倉(cāng)空倉(cāng)滿倉(cāng)的不利布置等。其他軟件沒(méi)有對(duì)筒倉(cāng)儲(chǔ)料荷載特點(diǎn)采取針對(duì)性的計(jì)算和布置且操作繁瑣，甚至需要多個(gè)模型計(jì)算后人工包絡(luò)，增加了設(shè)計(jì)者的負(fù)擔(dān)且易錯(cuò)漏。YJK 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件可提供在自定義工況中輸入相應(yīng)可能出現(xiàn)的荷載組合并進(jìn)行布置。 因?yàn)閮?chǔ)料荷載的特性，應(yīng)按“筒標(biāo)”規(guī)定輸入正確系數(shù)：重力荷載代表值系數(shù)0.8，非地震組合系數(shù)0.9，地震組合系數(shù)0.8，相關(guān)參數(shù)確定后可將這組荷載組成的工況命名。 如此重復(fù)后，就可得到諸如“淺倉(cāng)”、“深倉(cāng)”等工況。前述工況進(jìn)行排列組合后，設(shè)定為“疊加+包絡(luò)”，達(dá)到計(jì)算結(jié)果自動(dòng)判斷取不利組合的目的。

“筒標(biāo)”3.1.1 規(guī)定： 圓形筒倉(cāng)的高徑比大于或等于1.5 時(shí)為深倉(cāng)；大于0.4 且小于1.0 時(shí)為淺倉(cāng)；大于1.0 且小于1.5 時(shí)應(yīng)根據(jù)有利于可靠性分別按淺倉(cāng)或深倉(cāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 對(duì)比《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50077—2003[3]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“筒規(guī)”）相關(guān)條文，規(guī)定發(fā)生較大變化。 “筒規(guī)”第1.0.3 條以高徑比1.5 劃分深倉(cāng)、淺倉(cāng)過(guò)于粗略，“筒標(biāo)”把高徑比1.0～1.5 另列出來(lái)，要求設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)核。這一改變?cè)从凇巴惨?guī)” 在高徑比1.5 時(shí)按淺倉(cāng)工況計(jì)算出的倉(cāng)底儲(chǔ)料壓力和按深倉(cāng)工況得到的壓力數(shù)值上不連續(xù)且差距較大，當(dāng)倉(cāng)壁高度大于1.5 dn 時(shí)，如果不按淺倉(cāng)復(fù)核會(huì)造成倉(cāng)底儲(chǔ)料壓力過(guò)小導(dǎo)致倉(cāng)底板、支承及其基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)不安全。

一些設(shè)計(jì)者往往容易忽視淺倉(cāng)、深倉(cāng)之間的工況組合。 實(shí)踐證明，有淺倉(cāng)參與的組合很有可能是最不利工況，這種組合對(duì)倉(cāng)底板、支承筒壁、內(nèi)柱，等基礎(chǔ)都影響重大，因此有必要預(yù)設(shè)可能存在的工況布置進(jìn)行疊加和包絡(luò)，而不能主觀臆斷。

3 計(jì)算前處理

完成建模后，在計(jì)算前處理進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 鋼筋混凝土筒倉(cāng)應(yīng)選取“剪力墻結(jié)構(gòu)”，勾選“生成繪等值線用數(shù)據(jù)” 則能夠在計(jì)算結(jié)果中查看內(nèi)力云圖，彈性板荷載計(jì)算方式選定為“有限元計(jì)算”，在自定義荷載工況組合中完成設(shè)置，并指定“疊加+包絡(luò)”，樓板設(shè)置為“彈性板6”，對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行必要設(shè)置后生成計(jì)算數(shù)據(jù)文件，并核查相應(yīng)荷載簡(jiǎn)圖。

4 結(jié)果分析與判斷

軟件通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式直觀表現(xiàn)出各構(gòu)件在不同荷載組合工況下的變形情況，設(shè)計(jì)者借此可以判斷荷載和其產(chǎn)生的效應(yīng)是否吻合，計(jì)算結(jié)果是否正常合理?！罢w云圖”可以分工況查看變形位移、應(yīng)力、內(nèi)力、配筋等計(jì)算結(jié)果。 設(shè)計(jì)者還可通過(guò)等值線-切割線查看任意剖面的彎矩剪力。軟件給出倉(cāng)壁水平向和豎向內(nèi)力及配筋以供使用者校核和施工圖設(shè)計(jì)。

根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，應(yīng)查看異常部位并返回模型修改、優(yōu)化。軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和歸并，但無(wú)法避免某些部位異常。最常見(jiàn)的是上下兩層連接部位構(gòu)件不連續(xù)而造成應(yīng)力集中、超量配筋以及由于節(jié)點(diǎn)過(guò)密導(dǎo)致有限元?jiǎng)澐值木W(wǎng)格過(guò)小而被“丟棄”，導(dǎo)致荷載布置、內(nèi)力變形計(jì)算異常。 有關(guān)問(wèn)題在《水池、筒倉(cāng)常見(jiàn)問(wèn)題》[4]中有表述。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)者針對(duì)結(jié)構(gòu)類(lèi)型選擇合適的計(jì)算分析軟件，能對(duì)設(shè)計(jì)效率和成果產(chǎn)生積極影響，可在保證設(shè)計(jì)思路正確的前提下通過(guò)軟件建立模型，合理確定荷載并進(jìn)行必要的工況組合， 使之與實(shí)際相一致。 正確分析判斷電算結(jié)果，能為施工圖設(shè)計(jì)提供有效安全經(jīng)濟(jì)合理的依據(jù)，而不是依賴軟件、生搬硬套電算結(jié)果，兩者結(jié)合才能提高效率、更好地創(chuàng)造效益。