淺析干混攪拌樓鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載作用下的動力論文
近年來，在實際的施工過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)逐漸在房屋的建設(shè)過程中日益凸顯出絕對的優(yōu)勢，其不僅減少了對環(huán)境的污染和對資源的浪費(fèi)，還大大提高了建筑的工作質(zhì)量和運(yùn)行效率，因此，如何有效的對整個工作的流程進(jìn)行合理的優(yōu)化和完善，有效的把控相關(guān)受力物體的受力狀態(tài)，進(jìn)而更為有效的保證建筑物的穩(wěn)定性，對于整個建設(shè)工程的發(fā)展而言具有重要的意義。本文以干混結(jié)構(gòu)攪拌樓( 整體結(jié)構(gòu)僅對主機(jī)層，計量層和屋面結(jié)構(gòu)來建模做分析) 為例，針對攪拌樓主樓鋼結(jié)構(gòu)動力進(jìn)行有限元分析，將計算與分析結(jié)果總結(jié)如下。
1 干混攪拌樓概述
干混攪拌樓( 本文以階梯式結(jié)構(gòu)為例) 主要的構(gòu)成系統(tǒng)包括散裝系統(tǒng)( 或包裝系統(tǒng)) 、攪拌系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、暫存系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等等，當(dāng)然這其中包含著一些相關(guān)的附屬設(shè)施。通過攪拌樓的設(shè)置，有效的提高攪拌的均勻性和攪拌的運(yùn)行效率。這種攪拌樓的應(yīng)用能夠?qū)φ麄�工程的施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本的控制創(chuàng)建了更為積極的保證因素。而我們在實際的施工中會發(fā)現(xiàn)，很多攪拌樓都是采用鋼結(jié)構(gòu)來進(jìn)行建設(shè)，因此，為了保證其能夠有效的施工和使用，我們必須對相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)的受力狀況進(jìn)行科學(xué)的分析。
2 攪拌樓鋼結(jié)構(gòu)載荷施加
干混攪拌樓實際運(yùn)行中，主樓載荷作用力的構(gòu)成包括主樓構(gòu)件自重、攪拌機(jī)/卸料斗重量、料倉各原料重量、以及風(fēng)靜載這幾個方面。主樓中各構(gòu)件自重等重力載荷均以重力載荷的方式施加于主樓結(jié)構(gòu)上，主要動荷載則主要來源于提升機(jī)出料口落入料倉中所產(chǎn)生沖擊作用力，攪拌機(jī)自身震動作用力，以及各種原料落入攪拌機(jī)中所產(chǎn)生沖擊作用。上述動載荷根據(jù)動荷載系數(shù)折算為靜載施加于相應(yīng)支撐點(diǎn)。另在對攪拌樓主樓屋頂載荷以及風(fēng)載進(jìn)行處理時，應(yīng)關(guān)注如下問題:
( 1) 針對攪拌樓主樓屋頂載荷作用力的處理: 干混攪拌樓主樓屋頂載荷以構(gòu)件重力為主。另，攪拌樓屋頂多選用0.4 – 0.6mm 厚度的屋頂用壓型彩鋼板，此處計算取0.6，彩鋼板1. 0m 寬度對應(yīng)慣性矩作用力為13. 85cm4 /m，等但在輸入鋼板截面參數(shù)時，僅能夠給定厚度，無法輸入慣性矩作用力。因此，在處理屋頂載荷作用力時，還應(yīng)當(dāng)參考鋼板慣性矩作用力計算彩鋼板在剛度相同條件下的等效厚度。其中，慣性矩作用力的'計算方式如下: Iy = bh3 /12; 式中Iy為1. 0m 寬彩鋼板對應(yīng)慣性矩作用力( 取恒定值) ，b 為彩鋼板寬度( 取值為1. 0m) ; 經(jīng)計算等效厚度取值為11. 85mm。雖然該情況下剛度達(dá)到等效，但實際上造成了重量的增加，因此還需要抵減多計算的11. 25m 厚度重量。因此還需在攪拌樓屋頂面上增加一個向上壓強(qiáng)作用力用以抵消重量。經(jīng)處理后總壓強(qiáng)為866. 0Pa，垂直屋頂面壓強(qiáng)為852. 0Pa，屋頂面內(nèi)壓強(qiáng)作用力為150. 0Pa;
( 2) 針對攪拌樓主樓風(fēng)載荷作用力的處理。針對主樓風(fēng)載荷作用力的計算方法如下: Pw = CKhQA; 式中: Pw為攪拌樓主樓風(fēng)載荷作用力( 單位為N) ，C 為風(fēng)力系數(shù)( 取值為1. 2) ，Kh為風(fēng)壓高度變化系數(shù)( 根據(jù)主樓高度取值，以1. 2 為例) ，為風(fēng)向垂直迎風(fēng)面積( 單位為m2 ) ，Q 為計算風(fēng)壓( 單位為N/m2 ，參考風(fēng)力等級以及風(fēng)速進(jìn)行計算) 。經(jīng)計算總風(fēng)壓作用力為142430N。在此基礎(chǔ)之上，將該風(fēng)壓作用力施加于干混攪拌樓主樓某一側(cè)面兩側(cè)支柱上，參考單個支柱長度計算單位長度梁體結(jié)構(gòu)受力。本文中僅針對干混攪拌樓主樓主要鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，料倉及物料重力作用力以集中力方式施加于連接支腿上，攪拌機(jī)以及內(nèi)部相關(guān)原料則以重力載荷方式施加于攪拌樓主樓相應(yīng)支座上。主樓載荷施加于主樓結(jié)構(gòu)上，并對支腿以及與地基基礎(chǔ)連接部位的自由度進(jìn)行整體約束。
3 計算結(jié)果分析
經(jīng)有限元分析，干混攪拌樓主樓主要鋼結(jié)構(gòu)單元的最大應(yīng)力數(shù)據(jù)如下表1 所示，最大位移數(shù)據(jù)如下表2 所示。結(jié)合表1、表2 相關(guān)數(shù)據(jù)來看，干混攪拌樓主樓主要鋼結(jié)構(gòu)單元的最大應(yīng)力均不大，安全系數(shù)多在20 以上，主要原因是上述面單元均以鋪地鋼板以及屋頂鋼板為主，載荷作用力以自身重力為主，且上述構(gòu)件多發(fā)揮的是支承與連接作用。但攪拌樓的各個部分梁體單元的最大應(yīng)力較高，第1 ～ 3 層以及地層最大應(yīng)力出現(xiàn)在第2 層支腿部位，主要原因是: 攪拌樓主樓第2 層以上載荷作用力全部施加于第2 層支腿部位，且第2 ～ 3 層支腿材料與尺寸完全一致，但底層與第1 層支腿材料雖然一致，但尺寸明顯增加，因此導(dǎo)致最大應(yīng)力在第2 層支腿部位大量集中。攪拌樓計量/暫存?zhèn)}部位的最大應(yīng)力則集中在攪拌樓主樓與相關(guān)暫存?zhèn)}連接方向斜支承部位，主要原因是該部位受料倉重力載荷的影響，加之該部位斜支承尺寸不大，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)較大的位置應(yīng)力。同時，在滿載荷作用力影響下，攪拌樓主樓主要鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移不均衡，部分區(qū)域位移大，但相對位移以及相對應(yīng)變均較小。面單元安全系數(shù)大，但多僅受到自重作用力的影響，其他載荷對安全系數(shù)的影響不大。各部分最大節(jié)點(diǎn)位移和最大應(yīng)變不一定在同一位置，這是因為節(jié)點(diǎn)位移是各節(jié)點(diǎn)位移的累積效果，但是各單元最大應(yīng)變和最大應(yīng)力位置是一致的。同時通過有限元計算值與實測值的比較可看出，計算值普遍略大于實測值，主要原因是: 在對攪拌樓主樓鋼結(jié)構(gòu)單元載荷作用力進(jìn)行實際計算時，各載荷均取上限值進(jìn)行計算。但相對誤差偏小，因此提示主樓主要鋼結(jié)構(gòu)單元的有限元力學(xué)分析結(jié)果與實際測試結(jié)果基本一致。
4 結(jié)束語
本文應(yīng)用有限元分析方法對干混攪拌樓鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載作用下動力特性進(jìn)行分析，通過對干混攪拌樓主樓鋼結(jié)構(gòu)單元模型進(jìn)行載荷施加與計算處理的方式，得到了主樓主要鋼結(jié)構(gòu)單元的有限元力學(xué)分析結(jié)果，分析結(jié)果與實際測試結(jié)果基本一致，充分反映了主樓結(jié)構(gòu)的受力變形情況，在干混攪拌樓主樓結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計中有著非常重要的參考意義與價值。
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