钢筋混凝土地下粮仓仓壁土压力取值方法及仓壁结构受力分析

钢筋混凝土地下粮仓仓壁承受土压力、水压力及结构自重等多种荷载的作用,其承载特性复杂.采用现场检测试验方法,对仓容100t的地下试验仓进行仓壁侧压力及仓壁结构受力检测试验.采用Rankine土压力理论比较静止、主动和被动土压力大小,对比仓壁侧压力的理论计算结果与实测结果,分析确定了钢筋混凝土地下粮仓仓壁土压力取值方法.分别采用圆柱壳模型分析法和有限元分析法计算地下试验仓仓壁竖向弯矩和环向力,研究钢筋混凝土地下粮仓仓壁结构受力特性,分析仓壁竖向弯矩和环向力分布规律,对比理论计算结果与实测结果后指出:仓壁土压力取值方法合理;仓壁结构受力的圆柱壳模型分析法和有限元分析法结果均与试验结果吻合较好;但仓壁与仓顶、仓底连接处因边缘约束效应的影响,受力状况比较复杂,建议采用有限元分析法对结构关键部位进行精细化受力分析.     

地上输料通道浅圆仓足尺装卸料试验及仿真分析

为了研究地上输料通道浅圆仓的仓壁和通道压力分布和演化规律,开展了足尺筒仓装卸料试验及仿真分析.研究表明通道的存在影响了仓壁底部侧压力分布,通道压力与其正上方的贮料实际高度相关.朗肯主动土压力系数更适合预测仓壁和通道的侧压力.隧道的深埋浅埋判定依据并不适用于贮料拱效应不明显的浅圆仓输料通道,公路隧道规范和太沙基理论预测的通道顶壁压力与实仓测试值相差甚远,而采用提出的基于浅埋理论的通道压力计算公式更为合理安全.主、次通道顶壁和侧壁偏心卸料过程中均呈现不同程度的超压现象,建议在浅圆仓通道卸料荷载计算时应适当考虑通道的超压系数.     

深仓和浅仓储料侧压力新解

基于能合理反映中间主应力效应的统一强度理论,推导出适用于筒仓侧压力计算的统一侧压力系数,并分别将其应用于深仓和浅仓的侧压力计算中,将理论推导结果与既有试验结果、中国筒仓设计规范(GB50077-2003)、美国筒仓规范(ACI313-97)、欧洲筒仓规范(ISO)(EN1991-4)以及经典的筒仓侧压力计算方法如浅仓的Rankine理论和修正的Coulomb理论进行比较,并对中间主应力参数、储料内摩擦角、储料与仓壁间摩擦系数以及高径比等因素进行了参数分析。结果表明:统一侧压力系数物理意义明确,将其应用于深仓和浅仓的侧压力计算与试验结果吻合良好;筒仓结构设计时,应充分考虑中间主应力、储料内摩擦角以及深仓的高径比对仓壁侧压力的影响,储料与仓壁间摩擦系数对侧压力的影响较小,可不予考虑。     

基于三维离散单元法的大直径浅圆仓偏心卸料研究

为探讨大直径浅圆仓内粒状物料对仓壁的动态作用机理,采用三维离散单元法模拟了筒仓偏心卸料的全过程。不同尺寸的球形颗粒用于模拟仓内粒状物料,墙单元用于模拟筒仓仓壁。颗粒速度场和颗粒流动过程表明卸料通道自卸料孔向上方延伸呈漏斗状,与模拟实验结果相一致。随着偏心卸料的进行,仓壁静态侧压力不断减小,仓壁动态侧压力峰值出现在卸料的初始阶段,筒仓上部的超压现象比下部更为明显。靠近卸料孔一侧墙体更容易出现超压现象,最大超压系数为1.63,远离卸料孔一侧的仓壁在卸料阶段几乎不出现动态作用。     

基于三维离散单元法的大直径浅圆仓偏心卸料研究

为探讨大直径浅圆仓内粒状物料对仓壁的动态作用机理,采用三维离散单元法模拟了筒仓偏心卸料的全过程。不同尺寸的球形颗粒用于模拟仓内粒状物料,墙单元用于模拟筒仓仓壁。颗粒速度场和颗粒流动过程表明卸料通道自卸料孔向上方延伸呈漏斗状,与模拟实验结果相一致。随着偏心卸料的进行,仓壁静态侧压力不断减小,仓壁动态侧压力峰值出现在卸料的初始阶段,筒仓上部的超压现象比下部更为明显。靠近卸料孔一侧墙体更容易出现超压现象,最大超压系数为1.63,远离卸料孔一侧的仓壁在卸料阶段几乎不出现动态作用。     

基于EDEM的粮食立筒仓卸料动态侧压力研究

立筒仓卸料过程中,贮料流态不断变化,仓壁压力随之表现出不同变化规律。为研究卸料过程中贮料在粮食立筒仓中的流动状态和速度分布、贮料对仓壁产生的动态侧压力以及相应超压系数,采用离散元仿真软件EDEM对粮食立筒仓卸料过程进行模拟,分别选定两种不同卸料速度工况,并结合试验结果对比分析动态侧压力。结果表明：通过直接观察和整体流量指数分析筒仓内贮料流动状态,贮料流态与其所处的筒仓位置有关,发展进程为整体流动—管状流动—漏斗型流动;EDEM仿真模拟与试验结果的静态侧压力值接近、动态侧压力分布规律一致,且超压系数误差在合理范围内;卸料整体过程中,流速快工况的超压系数均大于流速慢工况;筒仓仓壁下部1/3hn范围内的动态侧压力突增最为明显,贮料内部不断重复动态拱过程致使仓壁卸料压力呈现不同震荡分布,且该位置的超压系数高于现行规范的水平侧压力修正系数Ch。EDEM离散元卸料仿真进行动态侧压力研究具有可行性,研究成果可为筒仓结构安全设计提供参考。     

温度作用下大直径钢筒仓贮料侧压力计算方法

为了研究大直径钢筒仓在温度作用下产生的温度侧压力,首先对由于温度作用产生的附加侧压力的各种经典计算方法进行对比研究,分析其内在的联系和区别;然后建立考虑散料和仓壁间相互作用的三维有限元接触模型来模拟温度作用对钢筒仓侧压力的影响.散料和仓壁采用可以考虑温度作用下两者变形的柔-柔接触类型和面-面接触方式.选取两种高径比和三种类型的温度作用来分别模拟温度对深仓和浅仓侧压力的影响,并将数值计算结果与经典方法和试验得出的温度侧压力进行对比分析.通过参数分析研究了不同径厚比、散料的弹性模量和泊松比对侧压力的影响,提出计算温度侧压力的改进方法.     

煤矿井底煤仓内散体颗粒三维结构分析

煤矿中井底煤仓装卸煤过程实际上为仓内散体物料对仓壁力学作用过程,其侧压力出现原因一直是研究的难点,确定合理的仓壁径向压力是研究的关键。以直立筒状井底煤仓为例,通过简化井底煤仓建立了仓内贮料卸载过程中散体颗粒形成的三维立体承载结构力学模型,从散体力学角度进行了理论分析,并结合PFC~(3D)数值模拟实验及三维物理相似模拟实验模拟了井底煤仓卸料过程。结果表明:仓壁承受的侧压力主要是仓内煤矸散体颗粒在流动过程中相互挤压形成类似"三维锥壳"承载结构引起的。随着井底煤仓卸煤,仓内散体贮料不断放出,该结构不断形成和失稳,导致"三维锥壳"结构的支承点作用于仓壁形成动载,并随时间推移呈现卸载超压现象。散体颗粒对仓壁作用力与内部所形成的承载结构及上部荷载有关,结构稳定性受仓内散体贮料颗粒的粒径影响最大,内摩擦角及黏聚力次之,与现场工程实际及三维物理模拟实验具有较好的一致性。     

内置减压管的筒仓侧壁卸料动态侧压力

以试验结果为依据,利用颗粒流程序(PFC~(3D)),分析了普通筒仓单侧壁卸料的动态侧压力和安装减压管时筒仓单侧壁卸料的动态侧压力。分析结果表明:普通筒仓单侧壁卸料最大超压系数为1.30,安装减压管的筒仓单侧壁卸料在最大超压系数为1.10;减压管的存在使得储料流动形式发生改变,从而使储料在卸料时仓壁受到的动态侧压力明显降低,超压系数及其分布范围显著减小;减压管能够减小筒仓单侧壁卸料时的偏心距,从而减小卸料时储料对仓壁的冲击,能够提高卸料时筒仓的稳定性。通过观察储料流动形式和理论分析,进一步阐释减压管减小卸料时超压系数的原因。     

对库仑土压力理论计算误差的探讨

本文分析了库伦土压力理论在其计算回填土墙的土体侧压力的计算值与实际值之间产生误差的原因，根据实际测试结果提出了修正系数，使得计算结果与实际结果相一致。     

关于岩石侧压系数的认识误区

针对石油工程中岩石侧压系数的预测问题,研究了介质的水平应力形成机理与侧压系数的计算方法,分析了水、土与岩石3种介质水平应力的区别与侧压系数的工程意义,并探讨了岩石的侧压系数预测方法。研究认为由于介质的结构与流动性不同,水和土的水平应力都是自重产生的,这与岩石的水平应力产生机理完全不同,岩石的水平应力主要是构造作用产生的。由于构造作用的强弱差异大,岩石的水平应力变化范围较大,侧压系数在-∞~∞,因此岩石的侧压系数不能沿用土介质侧压系数的计算方法。同时,岩石的侧压系数是通过实测地应力得到的,其预测结果并没有实际意义。     

工作状态下加筋土挡墙土压力分布规律研究

加筋土挡墙墙背侧向土压力的计算方法都不能很好地解释工作状态下的分布情况,现场测试表明土压力沿墙高呈上下小、中间大的形式分布。微元体法得出的重力式挡墙墙背主动土压力与静止土压力分布形式与加筋土挡墙现场测试结果比较接近,然而2种土压力进行组合后,分布形式吻合得非常好,但大小相差比较大。综合考虑了拉筋垂直层间距与填料的影响,提出了加筋土挡墙墙背土压力计算模型,并对模型中的拉筋层竖向间距对加筋土挡墙墙背土压力的影响系数进行了初步探讨,然后与现场测试结果进行了对比分析,证实了该模型的合理性。     

连续多孔材料孔隙水压力系数的推导

进行连续多孔材料的应力计算对分析其上部建筑物变形及稳定有着重要意义。连续多孔材料的实际应力及孔隙水压力系数是计算整体连续多孔材料受力的关键参数。利用弹性力学方法对饱和连续多孔材料进行受力分析,推导了连续多孔材料的实际应力与孔隙水压力的关系表达式,对连续多孔材料在轴对称应力状态下的两种受力情况进行了变形分析,分别推导了两种情况下材料的孔隙水压力系数表达式,并给出了试验验证方法。研究成果对连续多孔材料在基础工程中的应用具有指导意义。     

散体矿岩静压分析与计算

静止散体矿岩压力属主动压力，矿岩内最大主应力迹线偏向于重力线方向，侧压系数小于１．本文根据静止散体矿岩压力的性质，分析了矿岩内的压力分布情况，并推导出散体矿岩静压的计算公式。与传统的扬辛公式相比，该公式的计算结果更符合实际情况。     

散体货物对敞车静侧压力的颗粒流数值模拟

以C80B敞车为研究对象,采用颗粒流程序对不同散体对敞车的静侧压力和内、外摩擦角变化时的散体侧压力沿敞车墙高的分布规律进行仿真模拟,其结果与库仑理论计算值进行比较.得出侧压力沿墙高非线性分布结果,而不是如库仑理论所计算的线性分布;侧压力的最大值位置随着内、外摩擦角的变化而上移.这种侧压力沿墙高非线性分布和侧压力最大值的位置与敞车的实际压力分布状况相符.颗粒流模拟结果指出了将离散元的方法应用于货车领域的可行性和有效性.     

引入环向压应力系数的竖井井壁空间被动土压力新解

若采用哈尔-卡门完全塑性准则,通过简化滑移线法求解的竖井井壁空间被动土压力值偏大,在工程应用中偏于保守.为了更加准确地计算竖井井壁的空间被动土压力值,引入一个环向压应力系数,对哈尔-卡门完全塑性准则进行修正,此时井壁围岩微元体上径向正应力最大、环向正应力次之、轴向正应力最小,并针对轴对称竖井围岩被动极限平衡状态开展分析...     

基于拉断破坏的加筋土挡墙土压力分析

通过考虑拉筋存在的影响,应用准粘聚力理论和库仑理论,提出了拉断破坏形式的加筋土挡墙墙背土压力计算公式。研究结果发现:拉断破坏下的加筋土粘聚力具有了增量,提出的加筋土挡墙墙背侧向土压力比经典土压力和变系数法都小,提出的加筋土挡墙侧向土压力都随拉筋垂直间距增加而增加,加筋土挡墙侧向土压力随拉筋抗拉强度增加而减小,与土工格栅加筋土挡墙试验数据基本一致。     

涡轮叶片有侧流扰流柱通道流动的实验研究

对有侧流梯形扰流柱通道端壁的静压分布和压力系数进行了实验测量。研究了不同的雷诺数和侧向出流比的情况下,各种因素对压力系数的影响。结果显示:①侧向出流比(C)小于1时,端壁表面静压沿径向变化较小,在实验段入口和出口处较大,在中间段略低;在弦向方向上,静压变化相对较为剧烈,从通道左边到右边的弦向出口,静压分布趋势是递减的,在通道扰流柱左边压力变化梯度较小,通道右边弦向出口附近压力变化梯度较大;②C为1时,端壁静压的变化主要集中在弦向方向上,变化趋势与结论1一致;③压力系数随雷诺数的增加而降低,但是变化幅度相对较小;压力系数随着侧向出流比变化相对较大,压力系数随着侧向出流比的增大而减小。