地下仓粮堆局部发热温度场数值模拟研究

为了解地下仓粮堆局部发热对粮堆温度场变化的影响,以高水分玉米为研究对象,采用数值模拟的方法,通过在地下仓粮堆内加入内置热源模拟粮堆局部发热,研究了地下仓粮堆在内置热源数量与表面温度不同情况下的粮堆内部温度场变化。结果表明:当地下仓粮堆中心测点发热时,热源周围相同半径内上方温度明显高于下方,在粮堆上部容易产生次热源;当地下仓粮堆右侧临近仓壁和装粮线处以及装粮线中心处同时发热时,粮堆左下部容易产生次热源;当地下仓粮堆右侧临近仓壁和装粮线处、左侧紧贴仓壁和装粮线处以及装粮线中心处同时发热时,粮堆下部容易产生次热源,并且热源温度为45℃时的粮堆内部温度明显高于热源温度为35℃时的粮堆内部温度。

装配式钢板-混凝土地下粮仓螺栓-焊缝节点受弯承载力分析

装配式钢板-混凝土组合地下粮仓具有节约土地、节能减碳、绿色环保、密闭低温等优点,但是连接节点的结构形式和力学性能仍是制约其发展及推广应用的关键难题之一。为解决节点焊缝过多、施焊难度大等问题,该研究提出一种新型装配式钢板-混凝土组合地下粮仓螺栓-焊缝竖向节点,采用螺栓代替部分焊缝,减少焊缝长度、方便构件施工。依据规范要求及实际工程情况,设计了2种不同螺栓数量(单侧三螺栓连接和单侧五螺栓连接)的螺栓-焊缝竖向节点试件,利用四点弯曲试验与有限元数值分析,研究其破坏形态和受弯承载力性能。结果表明:三螺栓试件与五螺栓试件承载力的试验值分别为1998、2053 kN,两试件承载力基本相同;相较于五螺栓试件,三螺栓试件在破坏后具有更好的延性。在参数取值范围内,混凝土强度、内防水钢板厚度、外防水钢板厚度和内衬钢板厚度对峰值荷载回归得到的标准化系数(Beta)分别为0.993、-0.003、-0.012、0.056,表明增加混凝土强度可有效提高试件承载能力。研究成果可为装配式钢板-混凝土地下粮仓节点的设计提供科学参考和设计依据。

双层浅圆仓不同入风温度的粮堆温度场分析

建立半地下双层浅圆仓的数值模型,并对机械通风不同入风温度的粮堆温度场进行数值分析,研究在机械通风过程中半地下双层浅圆仓粮堆温度场的变化规律。结果表明:当吨粮通风量为8 m^(3)/h时,平均降温速度随入风温度降低而加快,整体粮堆的平均温度从初始30℃下降至20℃。当入风温度分别为17、15、13、11℃时,地上层通风时间分别需173、148、121、111 h,地下层通风时间分别需237、196、168、142 h。当通风稳定后,地上层粮堆平均温度分别为17.02、15.01、13.14、11.14℃,地下层粮堆平均温度分别为17.51、15.83、14.04、11.25℃,均趋近于入风温度,表明机械通风可有效降低粮堆温度,保证粮食安全。

半地下双层浅圆仓静态储粮温度场的数值分析

粮食温度是影响储粮安全的最重要因素之一,为揭示半地下双层浅圆仓的储粮温度场分布规律,本文建立了地上浅圆仓和地下仓的粮堆数学分析模型,并通过现场实验结果验证了模型的有效性。以此为基础建立了半地下双层浅圆仓数值模型,分析低温入粮后静态储藏1年期间的粮堆温度场变化规律。结果表明:半地下双层浅圆仓地上层靠近仓壁2 m内的粮温受外界气温影响变化明显,温度范围在10.62~27.37℃,地下层粮温常年处在准低温状态,平均温度不超过地下恒温区温度17℃;入冬时地上层粮堆在距仓壁1~3 m之间会短期形成一个热量聚集区,导致近仓壁处粮堆温差较大,随后外围区温度缓慢降低,形成“热心冷皮”;仓壁的保温隔热措施可有效减小气温对粮温的影响,地上层夏季最高粮温较未做保温的地上浅圆仓低3.86℃左右。研究结果可为半地下双层浅圆仓的推广应用提供技术支持。

半地下双层浅圆仓施工过程中力学性能的数值分析

作为一种新仓型,半地下双层浅圆仓具有节约用地、节约能源、机械化程度高的优势,并可保证储粮品质。论文采用实体单元建立数值模型,根据场地地质条件与实际状态设置边界条件,构建了半地下双层浅圆仓的数值分析方法;经与地下粮仓的足尺试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性。通过对半地下双层浅圆仓施工过程中回填前后的受力性能进行分析,研究表明:仓底在回填前距锥底2/3处径向、环向应力达到峰值;首层仓壁在回填后距锥底1/3处径向、环向应力达到峰值。该研究可为半地下双层浅圆仓工程设计与施工提供理论支持。

新型半地下双层浅圆仓静态储粮的力学性能

作为一种新型储粮仓,半地下双层浅圆仓可以保证粮食品质,具有节地、节能、低碳的优势。本文采用数值模拟的方法分析了半地下双层浅圆仓在正常使用阶段时不同工况条件下的应力与位移,并分别对上下两层在不同静态储粮高度下的力学性能进行了研究。结果表明:全仓空仓为最不利工况,根据位移云图分析应优先在地下仓装粮;地上层仓壁受力随着储粮高度的增加而增加,在仓壁距中间层1/4处至中间层处显著增大;地下层仓壁受力随着储粮高度的增加而减小,在仓壁与仓底接触处达到最大值;中间层在中心筒和外侧处应力最大,仓底在距外侧1/3处应力最大。该研究可为半地下双层浅圆仓工程设计与安全储粮提供理论支持与技术指导。

地下装配式大直径组合筒仓仓壁稳定性分析

【目的】为实现地下装配式大直径组合筒仓的稳定性验算,对装配式组合仓壁进行稳定性分析。【方法】先以有限元分析法验算证明地下仓壁稳定性是可靠的,再对装配式组合仓壁和现浇组合仓壁的稳定性进行分析。【结果】结果表明,装配式组合仓壁的一阶屈曲模态与现浇混凝土仓壁、现浇组合仓壁的一阶屈曲模态均呈现“椭圆形”整体屈曲。当接头抗弯刚度不小于组合仓壁截面抗弯刚度时,装配式组合仓壁的稳定承载力不小于现浇组合仓壁。通过对刚度比-荷载比曲线上的各点进行拟合,得到可用于验算地下装配式组合仓壁整体稳定性的关系式。【结论】本研究为地下粮仓装配式筒仓仓壁的结构设计提供参考。

高应力大直径圆筒形洞室围岩变形破坏特征与失效机制

针对高应力大直径圆筒形洞室出现的岩爆、喷层开裂和钢绞线弹出等变形破坏现象,通过现场破坏调查、岩体位移和锚索应力监测,详细说明了围岩变形破坏的发展演化过程,并通过钻孔摄像观测了围岩内部破裂特征,进而总结了围岩变形破坏的演化模式。通过数值模拟揭示了洞室围岩变形破坏机制,并提出了合理的支护建议。高应力大直径圆筒型洞室变形破坏是一个链动灾害过程,围岩内部开裂导致了岩体位移和锚索荷载增加,锚索荷载超限时钢绞线断裂弹出,失去约束的洞壁围岩和喷层在卸荷作用下鼓胀开裂。高初始地应力和开挖后诱发的应力集中,玄武岩起裂强度低,临近洞室开挖诱发应力叠加,应力集中区支护强度较弱等综合因素导致了围岩内部开裂的产生。在洞室围岩应力集中区设置足够的预应力长锚索和合理的张拉力,可以有效减弱围岩内部破裂深度和程度。

我国地下粮仓应用的现状及前瞻

简要回顾了我国地下粮仓的发展历史,简述了地下粮仓的应用现状,并对今后地下粮仓的发展方向提出了建议.

地下粮仓的结构设计研究现状与新进展

结构设计是地下粮仓的关键问题之一,关系到地下粮仓的安全性、经济性和适用性。总结了我国地下粮仓结构设计在不同发展阶段的结构形式,并重点介绍了目前地下粮仓在结构设计方面的一些新进展,经过梳理全面地展现了地下粮仓结构设计的发展历程。针对目前地下粮仓存在的不足,首次提出一种采用装配式技术和组合结构技术的新型地下粮仓结构设计方案。最后对不同结构形式的地下粮仓进行了对比分析,总结了各自的优点和缺点。新型地下粮仓是粮食行业的新课题,具有重要的理论研究和工程应用价值。

地下钢筋混凝土粮食筒仓仓壁变形及内力研究

根据柱壳有矩理论,考虑仓壁固定端带来的弯矩及剪力,推导了地下大直径钢筋混凝土筒仓在空仓最不利荷载工况下仓壁的变形和内力计算公式;使用ANSYS程序建立筒仓数值模型,模拟空仓最不利荷载条件下的变形和内力;将理论和数值计算结果与规范法和孙巍巍法的计算结果等进行对比分析。研究表明:筒仓仓底对仓壁上半部分的影响较小,对下半部分影响较大;考虑了仓底对仓壁变形和仓壁内力的影响,得出了仓壁变形和内力计算法,结果与模拟结果更接近。而规范法的圆柱壳无矩理论,得出的仓壁径向位移从仓顶到仓底沿仓壁逐渐增大,在仓底处达到最大值,仓壁环向应力为压应力,与实际情况和数值模拟结果差异较大。本理论可为地下大直径钢筋混凝土筒仓的设计提供参考。

装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁轴压受力性能分析

为了研究装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁的轴压力学性能,该研究在仓壁试件轴压试验的基础上,对仓壁试件进行非线性有限元分析,模拟试件加载的全过程,进一步分析试件及其组件在加载过程中的受力性能及工作机理,并对钢板强度、混凝土强度、距厚比等不同的参数影响规律进行了分析。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好,在最大试验载荷5000 kN时模拟轴向压缩总变形与试验平均轴向压缩总变形相对差值为4.2%,建立的有限元模型适用;在弹性阶段仓壁预制块部位混凝土和接头部位止水钢板分别承担了79.7%和50.9%的荷载,峰值荷载主要由混凝土和传力钢板决定,达到峰值荷载后接头部位止水钢板承担更大的荷载,增强止水钢板可以改善试件的延性;相较钢板强度、距厚比和止水钢板厚度,混凝土强度对仓壁试件的初始刚度和峰值荷载影响最大,混凝土强度、钢板强度、距厚比和止水钢板厚度对峰值荷载回归得到的回归系数值分别为0.910、0.154、−0.005和0.301;止水钢板的强度和厚度较小时,试件易发生脆性破坏;结合设计参数分析中得到的荷载-变形曲线,提出2种荷载-变形模型曲线,进一步提出装配式钢板-混凝土组合仓壁轴压峰值荷载简化计算式,得到的计算峰值荷载与有限元峰值荷载相对差值均不超过9%,计算结果具有较高的精度。研究结果可为装配式地下粮仓仓壁的工程设计提供指导和参考。

地下圆筒围仓在土体作用下的接触分析

基于有限元软件ANSYS 10.0,采用FEM法对地下圆筒围仓进行分析,考虑接触非线性和材料非线性,获得其在周围土体静态作用下的应力分布和变形,为地下圆筒围仓的设计提供依据.

地下混凝土筒仓仓壁力学性能工程试验与数值分析

地下粮仓可充分利用地下空间,具有较好的防火、防毒、防爆等性能,并能利用浅层地能实现准低温储粮,具有节能、低损、保证粮食品质的优点,对保障粮食安全及可持续发展意义重大。采用工程足尺试验与数值分析相结合的研究方法,对大型地下混凝土筒仓竣工验收前仓壁的力学性能进行研究,通过对比试验结果与数值模拟结果,验证数值分析方法的合理性与有效性,进而对仓壁在最不利荷载工况下的力学性能进行数值分析。结果表明:地下混凝土筒仓仓壁内力的数值模拟结果与试验结果吻合较好;由于仓壁较厚且与仓底和仓顶间接触部位刚度较大,导致仓壁内外侧径向应力表现出相反的变化规律;仓壁径向应力在仓壁底部位置处最高,环向应力在距仓壁顶部约2/3位置处最高;在最不利荷载工况下,仓壁径向应力和环向应力随深度表现出与实际工况下相似的变化规律,且相同深度下应力较大。

基于Monte-Carlo随机有限元法的地下筒仓可靠性灵敏度研究

岩土体环境、结构、材料等因素对地下钢筋混凝土筒仓结构失效产生影响。通过随机有限元法,建立了地下筒仓可靠性灵敏度分析模型,分析随机参数对功能函数的灵敏度和相关性。研究表明:筒仓半径是影响仓壁混凝土强度失效的主要因素,相关性系数为-86.5%,半径越大对强度影响越不利;钢筋弹性模量是影响仓壁裂缝失效的主要因素,相关性系数为79.5%,钢筋弹性模量越大对仓壁裂缝控制越有利;混凝土弹性模量是仓顶梁板结构挠曲失效的主要因素,相关性系数为97.0%,混凝土弹性模量的增大对仓顶梁板挠度控制较有效;混凝土弹性模量、筒仓半径是仓壁结构变形失效的主要因素,相关性系数分别为68.7%和-67.6%,混凝土弹性模量和筒仓半径增大,对仓壁结构变形控制分别产生有利和不利影响。

地下圆形粮仓钢板-混凝土组合仓壁弹性应力计算公式推导与验证

地下粮仓因其周围地层的低温或准低温环境对保障粮食品质安全具有显著优势,它是构建绿色生态储粮体系的重要技术支撑。结合工程实际提出一种圆形钢板-混凝土组合地下粮仓,该新型地下粮仓的圆筒形仓壁是由钢板和混凝土两种异材组成的钢板-混凝土组合仓壁(薄柱壳),其强度计算决定着组合仓壁的安全性,是首要应该解决的问题。弹性力学经典的受压圆筒应力计算公式对其不适用,为了研究该组合仓壁的弹性应力求解问题,采用地下结构常用的荷载-结构法,将外侧水土作用简化为沿圆筒外侧均布径向压力,引入了3个假设,建立了受均匀外压作用下的双层异材圆筒计算模型。根据弹性力学理论,计算模型的应力边界条件、界面条件和位移单值条件,推导了受均匀外压双层异材圆筒的应力计算公式。以圆形地下粮仓实际工程的结构参数,建立了钢板-混凝土组合仓壁工程算例,利用推导的双层异材圆筒应力计算公式求得工程算例的解析解,采用有限元法得到工程算例的数值解,二者吻合良好,验证了该双层异材圆筒应力计算公式的正确性。推导的受均匀外压双层异材圆筒弹性应力计算公式解决了地下圆形粮仓钢板-混凝土组合仓壁的应力求解问题,为地下圆形粮仓钢板-混凝土组合仓壁工程应用提供理论参考。

装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁整体结构力学性能分析

基于等同原理的设计方法,设计了装配式地下粮仓仓壁竖向直口接头和环向榫形接头。结合仓壁接头抗弯和抗压足尺试验,建立了装配式钢板-混凝土组合仓壁和无接头钢板-混凝土组合仓壁整体结构有限元模型,对比分析两者在最不利工况下的计算结果。研究表明,装配式仓壁和无接头仓壁受力和变形能力相近,装配式仓壁最大径向位移为3.16 mm,无接头仓壁最大径向位移为3.32 mm,相对差为4.82%,装配式仓壁接头采用等同原理的设计方法对装配式钢板-混凝土组合仓壁整体结构是适用的。基于柱壳理论给出了装配式钢板-混凝土组合仓壁位移和内力简化计算式,得出的理论值与模拟结果吻合良好。简化计算方法可为装配式地下粮仓钢板-混凝土组合仓壁设计计算提供参考。

基于遗传算法的地下钢筋混凝土筒仓仓壁的结构优化

地下粮仓是一种节能、节地、无污染的新型储仓结构。通过引入改进的自适应遗传算法,分析了该遗传算法的实现过程,并对地下钢筋混凝土圆形筒仓仓壁进行了结构优化。研究表明:该遗传算法的收敛速度快,优化结果可信。

回填工况下地下粮仓的摩擦力分析

为了分析回填工况下地下粮仓在地下水作用时的摩擦力变化情况,设计了3个材质为2 mm厚钢板、仓底倾角为35°,直径分别为400 mm、500 mm、600 mm的模型筒仓A、B、C,进行了两种工况的6组注水试验。试验结果表明,模型筒仓顶部位移计数据发生突变时,工况a中,模型筒仓A、B、C水位分别为41.40 mm、39.80 mm、35.00 mm;工况b中,模型筒仓A、B、C水位分别为40.60 mm、39.00 mm、33.10 mm(p<0.05)。静止阶段,模型筒仓A、B、C顶部支反力不变。上浮阶段,模型筒仓顶部支反力发生突变,工况a时,模型筒仓A、B、C水位-支反力曲线拐点水位分别为37.10 mm、27.00 mm、21.00 mm;工况b时,模型筒仓A、B、C水位分别为37.10 mm、30.05 mm、24.00 mm。由于静摩擦力的影响,模型筒仓的位移计变化滞后于支反力。静止阶段,工况a中的最大静摩擦力分别为206.17 N、316.81 N、364.16 N,均大于工况b的静摩擦力197.61 N、310.82 N、352.96 N。但其随水位的增加速度基本一致(p<0.05)。上浮阶段,工况a、b的摩擦力均迅速下降,并趋于稳定。实际工程中,考虑有利因素的地下粮仓抗浮设计,可采用上浮阶段的摩擦力设计。

地下钢筋砼筒仓施工与闭水试验过程的抗浮试验研究

防水防潮是大型地下粮仓的技术难点之一,而闭水试验是地下仓交付业主使用前的必需步骤。通过现场试验研究与理论分析相结合的方法,验证了基于阿基米德原理所采用的抗浮措施过于保守,同时为了防止施工过程中特别是闭水试验期间地下仓上浮,给出了仓体所受实际浮力与理论浮力的线性表达式,并确定了地下仓闭水试验过程中的警戒水位。此研究可为类似工程的抗浮验算与闭水试验提供参考。