整体温差下三心圆柱壳支座反力研究

颉明军

摘要：本文对均匀温差作用下三心圆柱壳温度效应的差异研究，以三种不同的支座模拟方法进行研究，研究支座反力变化规律，得到合理的三心圆柱壳内力分析方法。

关键词：三心圆柱壳；均匀；温差；支座模拟方法；支座反力

一、问题提出

在传统的三心圆柱壳设计中，将下部结构换算为支座的弹性刚度（MST、SFCAD），以考虑下部结构对上部结构的影响，在分析除温度效应外的其他效应时，这种做法比较可取，但是在分析温度对结构的影响时，在结构模型里如不考虑下部结构结构时，会导致支座处的支座反力偏大或偏小，导致支座反力算不清楚，对支座的准确设计带来疑惑[1-2]。

二、解决方法

上部三心圆柱壳结构与挡煤墙连接采用传统的双向支座（大跨度储煤结构：设计与施工）连接(如图一)或采用其它专用支座（图二）[1-3]。

在三心圆网壳建模时，模型中建立下部混凝土挡煤结构、三心圆柱壳结构与挡煤结构的连接用弹性连接模拟，弹性连接的刚度通过估算小短柱与支座的刚度计算得到，按空间网格技术规范规定进行整体建模分析研究。

图一 双向支座                                                                图二 专用支座

三、工程实例[1-5]

1.三心圆柱壳基本荷载信息及参数

某三心圆柱壳，100m（跨度）×250m（纵向）×38.5m(高)，山墙封闭，恒载0.3KN/m2, 活载0.5KN/m2,雪荷载0.5 KN/m2, 风荷载0.55KN/m2,地震烈度及基本加速度0.2g,场地类别Ⅱ类，设计地震分组二组，整体温差±30℃。采用3D3S软件建模。

图三   三心圆柱壳基本参数                                          图四 三心圆柱壳三视图

模型中三心圆柱壳结构与挡煤墙的连接用弹性连接模拟，弹性连接的刚度通过估算小短柱与支座的刚度计算得到。（图五、六）

       

图五 弹性连接刚度                                        图六 下部结构图

2. 不同支座模拟方法柱壳整体升降温时支座水平力研究

 

图七 不同工况下柱壳支座水平力(kN)

从上图可以发现，沿着纵向（X方向），在均匀温差荷载作用下，柱壳水平支座反力在靠近山墙处增大，基本为最大，而且要比其它荷载（恒、活、风、雪）下的支座反力都要大，研究者、设计者们为了减小温差引起的支座反力，采用专业厂家生产的特殊支座以释放温差产生的温度反力，若采用普通的双向支座在靠近山墙处，支座中的螺栓孔采用长圆孔，沿纵向采用长孔。

图八不同支座模拟方法柱壳整体升降温30°支座水平力(kN)

以上图表是同一三心圆柱壳结构在不同支座模拟方法下，整体降温/升温30°，X、Y向支座水平力的支座反力，从计算结果分析，支座反力沿纵向(X向)的变化规律基本一致，模拟支座刚度的不同及是否考虑下部结构对支座反力的计算结果影响较大，所以准确考虑下部结构及支座的刚度是准确分析支座反力及设计支座的关键，假如支座设计的不准确可能造成工程事故或支座浪费。

四、结论

柱壳在均匀温差荷载作用下，柱壳水平支座反力在靠近山墙处基本为最大，而且要比其它荷载（恒、活、风、雪）下的支座反力都要大，应采取措施释放温差引起的支座反力。在三心圆柱壳建模时应考虑下部结构，并考虑支座的刚度，计算后比较准确的得到支座反力，以免造成支座浪费或由于支座设计不当留下工程安全隐患。

参考文献

[1]. 罗尧治等 《大跨度储煤结构设计与施工》中国电力出版社  2007

[2]. 曹正罡 《大跨度预应力钢结构干煤棚设计与施工》中国建筑工业出版社  2019.1

[3].《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010

[4].《钢结构设计标准》GB 50017-2017

[5]. 3d3s帮助文件

本文系2021年度内蒙古自治区高等学校科学研究项目“《超长大跨度三心圆螺栓球柱面网壳干煤棚温度效应研究》”课题（项目编号：NJZY21363）研究成果之一。

作者简介：颉明军，男，1981年生，呼和浩特人，学历：硕士，职称：讲师、工程师。