不同储料工况粮仓动力特性及相互作用分析

为研究不同储料工况下立筒群仓的动力特性及各单仓个体之间的动力相互作用,以河南省郑州市某工程用粮食群仓为研究对象,进行了空仓和满仓2种储料工况下的结构模态分析。该粮仓尺寸较大,由3行5列共15个单仓个体组成,平面外轮廓24.0 m×40.0 m,总高34.5 m。为获得较全面的分析结果,对粮仓前7阶自振频率和振型进行了分析研究,结果表明:空仓工况频率值大于满仓工况频率值,空仓是满仓的几乎2倍,说明粮食散粒体对粮仓所提供的质量效应远远大于其提供的刚度效应。粮仓前3阶振型为结构整体变形,而且受储料的影响不明显,各单仓个体的动力反应大小基本相同,可以忽略单仓个体之间的动力相互作用;粮仓后4阶振型为结构局部变形,满仓工况较空仓工况结构振型的平面形状和立面形状更复杂,各单仓个体因所处位置不同受约束程度不同所以动力反应大小不同,而且参与动力相互作用的单仓个体数目也较空仓工况多,说明储料的存在对4阶及以上振型影响显著。     

装配式地下粮仓钢-混组合仓壁节点力学性能有限元分析

地下粮仓是构建绿色储粮新体系的重要技术支撑,结合工程实际提出了一种新型装配式钢板-混凝土组合地下粮仓。为了建立适用于装配式地下粮仓的有限元模型以模拟分析组合仓壁节点的力学性能,并通过有限元分析指导组合仓壁节点力学性能试验的开展,基于工程设计的钢板-混凝土组合仓壁及连接接头,采用ANSYS软件建立了仓壁及其节点1∶1足尺试件的有限元模型,模拟分析了无接头、有接头试件的受弯和受压性能,并开展仓壁节点抗弯、抗压试验对有限元模拟结果进行验证分析。结果表明:试件的钢板和混凝土由栓钉连接为一体,试验过程中二者未见剥离可共同工作,建模时钢板和混凝土共用结点以及接头钢板之间假定为刚性连接是适用的;同类试件挠度曲线、轴压荷载-位移曲线的试验结果与其有限元模拟结果基本一致,无接头试件和有接头试件弯曲跨中位移、轴压最大位移的试验值与对应的模拟值,相对误差分别在4%和10%以内;试验过程中试件未发生明显破坏和过大变形,应力总体上未超过工程设计允许值,数值模拟结果精度满足工程所需;有接头试件力学性能与无接头试件相近,设计的仓壁及其节点是安全、可靠的,其结构计算可以采用等同原理,即该装配式仓壁可等效为现浇一体的无接头仓壁。建立的仓壁节点有限元模型适用于新型装配式地下粮仓,研究结果为装配式地下粮仓有限元建模分析、结构计算提供参考,为组合仓壁节点试验的开展提供指导。     

基于动力位移响应的结构优化设计

通过研究以动力激励下结构响应的位移为目标或约束的结构动力学优化设计，利用解析的方法推导出动力位移响应灵敏度计算公式，并成功地移植到有限元程序中。程序在计算包括杆、梁、板、二维、三维单元在内的所有算例时，动力位移响应的灵敏度精度均可达到97％，并且迭代次数少，求解效率高。     

粮食群仓的环境振动测试和角仓边仓振动响应分析

为了获取群仓准确的动力特性参数从而更合理地进行群仓的抗震设计,从粮食储藏工程考虑,对实际工程中一组三排五列的粮食群仓的振动特性进行了分析。基于结构振动理论和有限元数值分析,考虑结构对称性、荷载对称性和工程实际情况,制定了环境振动测试粮食群仓的优化方案;利用最小二乘法、五点三次平滑法和数字滤波的方法对测试信号进行了处理,得到了有效的测点加速度响应数据。基于控制理论和振动系统的运动方程,引入变换矩阵,推导了环境振动下利用测点加速度响应数据进行粮食群仓振型计算的公式,从而得到前四阶振型及对应的频率,各阶振型形态和模拟结果相同;前四阶频率计算值分别为2.28、3.45、6.37、8.26 Hz,对应模拟值分别为2.35、3.56、6.31、8.16 Hz,模拟值与计算值误差分别为3.07%、3.19%、0.94%、1.21%。进一步对角仓和边仓的振动反应进行分析,结果发现：两个仓体的第一阶振型均沿着粮食群仓整体的短轴方向,以剪切型为主,振型幅值基本一致,相邻仓体间的约束作用对一阶振动反应几乎没有影响;两个仓体的第二阶振型均沿着粮食群仓整体的长轴方向,仍以剪切型为主,但振型幅值不同,边仓小于角仓;两个仓体的第三阶振型形态为绕粮食群仓整体中心的扭转,短轴方向测点转动幅值大于长轴方向测点;随着相邻仓体间约束作用增强,两个仓体的第四阶振型形态和振型幅值均不同,角仓和边仓呈现不同的振动特性,角仓上靠近边仓测点振型以弯曲型为主,振型幅值相对较小,其他测点以剪切型或弯剪型为主,振型幅值相对较大;边仓受相邻3个仓体的约束作用,测点振型幅值都较小,而且靠近相邻仓体测点振型以弯剪型为主,中间列测点以剪切型为主。研究结果表明：相邻仓体间的相互约束作用对二阶及以上振型影响较大,根据振型形态和振型幅值分组进行粮食群仓中仓体的抗震设计更加切合实际,节约材料,降低成本。     

筒仓动态卸料过程侧压力模拟与验证

为了研究立筒仓卸料过程中的侧压力及数值模拟技术,设计了有机玻璃筒仓模型进行试验研究,运用ABAQUS有限元软件中的自适应网格划分技术模拟了筒仓的动态卸料过程。结果表明,筒仓动态侧压力试验值大于静态侧压力,但各测点超压系数不同,在邻近漏斗附近超压系数最大为1.78,其次为仓壁中上部2个测点超压系数达到了1.73和1.61,其他位置超压系数在1.45以内;侧压力模拟值与计算值吻合度较好,静态侧压力两者相对误差绝对值在0.43%~9.92%之间,动态侧压力两者相对误差绝对值在1.14%~9.65%之间,验证了数值模拟技术的可行性;静态和动态侧压力的数值模拟曲线、公式计算曲线、试验曲线或试验拟合曲线都表明,随着测点距筒仓底部高度的增加,侧压力呈下降趋势,即侧压力下大上小,而且静态侧压力模拟曲线与试验曲线变化规律一致,相对误差绝对值在1.83%~9.97%之间;由于试验时压力传感器精度、标定试验误差和试验次数等随机因素的影响,动态侧压力试验曲线不很规则,数值模拟曲线相对平滑,但动态侧压力试验值的拟合曲线与数值模拟曲线变化趋势基本相同,相对误差绝对值在0.28%~9.93%之间。通过观察漏斗附近Mises应力分布图发现,物料卸出前,应力较大点发生在紧邻漏斗附近的仓壁处,卸料开始后,应力较大点即转向漏斗壁中部某范围,而且随着卸料时间的延长,此应力较大点的范围有所增大。     

大型平底浅圆仓贮料侧压力计算方法

对大直径浅圆仓侧压力的经典计锌公式和设计规范公式进行了分析。经与实测值比较表明，Janssen、Reimbert、Airy理论的计算值偏小，而现行规范浅仓公式（Rankine理论）计算结果较实测值偏大。分析、验证了GB50077-2003钢筋混凝土筒仓设计规范附录C中大直径浅圆仓侧压力公式存在的问题，并给出修正建议。