淺析干混攪拌樓鋼結構風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力論文
近年來(lái)，在實(shí)際的施工過(guò)程中，我們不難發(fā)現，鋼結構逐漸在房屋的建設過(guò)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，還大大提高了建筑的工作質(zhì)量和運行效率，因此，如何有效的對整個(gè)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定性，對于整個(gè)建設工程的發(fā)展而言具有重要的意義。本文以干混結構攪拌樓( 整體結構僅對主機層，計量層和屋面結構來(lái)建模做分析) 為例，針對攪拌樓主樓鋼結構動(dòng)力進(jìn)行有限元分析，將計算與分析結果總結如下。
1 干混攪拌樓概述
干混攪拌樓( 本文以階梯式結構為例) 主要的構成系統包括散裝系統( 或包裝系統) 、攪拌系統、計量系統、輸送系統、暫存系統、除塵系統等等，當然這其中包含著(zhù)一些相關(guān)的附屬設施。通過(guò)攪拌樓的設置，有效的提高攪拌的均勻性和攪拌的運行效率。這種攪拌樓的應用能夠對整個(gè)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(shí)際的施工中會(huì )發(fā)現，很多攪拌樓都是采用鋼結構來(lái)進(jìn)行建設，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)的鋼結構的受力狀況進(jìn)行科學(xué)的分析。
2 攪拌樓鋼結構載荷施加
干混攪拌樓實(shí)際運行中，主樓載荷作用力的構成包括主樓構件自重、攪拌機/卸料斗重量、料倉各原料重量、以及風(fēng)靜載這幾個(gè)方面。主樓中各構件自重等重力載荷均以重力載荷的方式施加于主樓結構上，主要動(dòng)荷載則主要來(lái)源于提升機出料口落入料倉中所產(chǎn)生沖擊作用力，攪拌機自身震動(dòng)作用力，以及各種原料落入攪拌機中所產(chǎn)生沖擊作用。上述動(dòng)載荷根據動(dòng)荷載系數折算為靜載施加于相應支撐點(diǎn)。另在對攪拌樓主樓屋頂載荷以及風(fēng)載進(jìn)行處理時(shí)，應關(guān)注如下問(wèn)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 寬度對應慣性矩作用力為13. 85cm4 /m，等但在輸入鋼板截面參數時(shí)，僅能夠給定厚度，無(wú)法輸入慣性矩作用力。因此，在處理屋頂載荷作用力時(shí)，還應當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到等效，但實(shí)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(gè)向上壓強作用力用以抵消重量。經(jīng)處理后總壓強為866. 0Pa，垂直屋頂面壓強為852. 0Pa，屋頂面內壓強作用力為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( 取值為1. 2) ，Kh為風(fēng)壓高度變化系數( 根據主樓高度取值，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。在此基礎之上，將該風(fēng)壓作用力施加于干混攪拌樓主樓某一側面兩側支柱上，參考單個(gè)支柱長(cháng)度計算單位長(cháng)度梁體結構受力。本文中僅針對干混攪拌樓主樓主要鋼結構進(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，攪拌機以及內部相關(guān)原料則以重力載荷方式施加于攪拌樓主樓相應支座上。主樓載荷施加于主樓結構上，并對支腿以及與地基基礎連接部位的自由度進(jìn)行整體約束。
3 計算結果分析
經(jīng)有限元分析，干混攪拌樓主樓主要鋼結構單元的最大應力數據如下表1 所示，最大位移數據如下表2 所示。結合表1、表2 相關(guān)數據來(lái)看，干混攪拌樓主樓主要鋼結構單元的最大應力均不大，安全系數多在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，且上述構件多發(fā)揮的是支承與連接作用。但攪拌樓的各個(gè)部分梁體單元的最大應力較高，第1 ～ 3 層以及地層最大應力出現在第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，因此導致最大應力在第2 層支腿部位大量集中。攪拌樓計量/暫存倉部位的最大應力則集中在攪拌樓主樓與相關(guān)暫存倉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)而導致出現較大的位置應力。同時(shí)，在滿(mǎn)載荷作用力影響下，攪拌樓主樓主要鋼結構節點(diǎn)位移不均衡，部分區域位移大，但相對位移以及相對應變均較小。面單元安全系數大，但多僅受到自重作用力的影響，其他載荷對安全系數的影響不大。各部分最大節點(diǎn)位移和最大應變不一定在同一位置，這是因為節點(diǎn)位移是各節點(diǎn)位移的累積效果，但是各單元最大應變和最大應力位置是一致的。同時(shí)通過(guò)有限元計算值與實(shí)測值的比較可看出，計算值普遍略大于實(shí)測值，主要原因是: 在對攪拌樓主樓鋼結構單元載荷作用力進(jìn)行實(shí)際計算時(shí)，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構單元的有限元力學(xué)分析結果與實(shí)際測試結果基本一致。
4 結束語(yǔ)
本文應用有限元分析方法對干混攪拌樓鋼結構風(fēng)荷載作用下動(dòng)力特性進(jìn)行分析，通過(guò)對干混攪拌樓主樓鋼結構單元模型進(jìn)行載荷施加與計算處理的方式，得到了主樓主要鋼結構單元的有限元力學(xué)分析結果，分析結果與實(shí)際測試結果基本一致，充分反映了主樓結構的受力變形情況，在干混攪拌樓主樓結構的進(jìn)一步優(yōu)化設計中有著(zhù)非常重要的參考意義與價(jià)值。
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