水泥罐抗風驗算計算書

1、京新高速公路臨河至白疙瘩段三標一分部(K532+150K565+000段)水泥抗風驗算計算書中國交通建設股份有限公司京新高速公路LBAMSG-頊目總承包管理部第一項目部二0一五年四月水泥罐抗風驗算計算書一、驗算內容及驗算依據為保證我項目水泥罐安全性對我分部拌合站筒倉的抗風性能進行了驗算。主要從拌合站筒倉支撐構件的強度、穩(wěn)定性及基礎的傾覆性進行了驗算，并提出相應的抗風加固措施。驗算依據為：公路橋涵設計通用規(guī)范(JTGD60-2004)及公路橋梁鋼結構設計規(guī)范。二、風荷載大小的確定根據現場調研及相關工區(qū)提供的資料，檢算時取罐體長度為12m,支腿長度為9.0m。罐體直徑為5.0m,自重為10t,滿載

2、時料重300t。根據公路橋涵設計基本規(guī)范中的4.4.1條確定風荷載的大小。根據資料顯示，我項目部施工范圍內混凝土攪拌站在沿線大風區(qū)分區(qū)范圍、風向、最大風速分別為主導風向NW,最大風速53m/s。相關抗風的設計計算以此為依據。表1風級風速換算表風級風速m/s風級風速m/s風級風速m/s1024.5-28.41128.5-32.61232.7-36.91337.0-41.41441.5-46.11546.2-50.9公路橋涵設計基本規(guī)范中的4.4.1條規(guī)定，作用于結構物上的風荷載強度可按下式計算：WK1K2K3W0(1)式中W風荷載強度(Pa);1Wo基本風壓值Pa),Wo2,系按平坦空曠地面，離

3、地面20m1.6高，頻率1/100的10min平均最大風速(m/s)計算確定；一般情況W0可按鐵路橋涵設計基本規(guī)范中附錄D“全國基本風壓分布圖”，并通過實地調查核實京新高速公路臨白三標一分部水泥罐抗風驗算計算書后米用；Ki一風載體形系數，對橋墩可參照鐵路橋涵設計基本規(guī)范中表4.4.1-1,其它構件為1.3;K2風壓高度變化系數，可參照鐵路橋涵設計基本規(guī)范中表4.4.1-2,風壓隨離地面或常水位的高度而異，除特殊高墩個別計算外，為簡化計算，橋梁工程中全橋均取軌頂高度處的風壓值；K3一地形、地理條件系數，可參照鐵路橋涵設計基本規(guī)范中表4.4.1-3。針對本工程場地實際特點，取k1=1.3,k2=1

4、.0,k3=1.3。取風級11下的風速為30m/s,風級13下的風速為39m/s,風級15下的風速為48m/s；風級17下的風速為58m/so計算得罐體每延米的荷載強度見表2。表2風級與風荷載強度大小風級風速m/sW0paK1K2k3Wpa迎風面積m2延米風載強度kN/m1130562.51.311.3950.654.751339950.61.311.31606.658.0315481440.01.311.32433.6512.1717582102.51.311.33553.2517.77三、不同工況下立柱強度、穩(wěn)定性及整體傾覆檢算為了考慮罐體支架的內力，檢算過程采用有限元數值計算方法。根據工

5、程的實際使用情況及受力最不利原則，驗算時重點對罐體滿載的情況進行了立柱的強度及穩(wěn)定性驗算。罐體立柱采用小330mm（壁厚8mm）,立柱間橫撐采用槽鋼120x40x4.5mm。有限元模型見圖1及圖2。3.1風級11結構性能抗風驗算風級11時的風荷載和罐體滿載時的恒荷載（包括自重）組合進行立柱的強度、穩(wěn)定性驗算。同時對風級11時的風荷載和罐體空載時的恒荷載組合進行了基礎的穩(wěn)定性驗算。（1）罐體滿載狀態(tài)下立柱的強度及穩(wěn)定性驗算在11級風荷載作用下，按照風荷載+罐體滿載時計算得到的立柱應力見圖3。MIDASjCivilPOET-PROCESSOR.SERW二TR£然閑倒易大恒）S.670ll

6、e+0044.4474e+0042.&192G6+004l.O940ie+0D4O.OOOOOe+OOO-1宓8Ee+Q口4'3,il820Stt+004-5,O074S«-i-00fl,S328Le+004-0.OE919e-i-OO4-9.5B354e+004-i.iioee-i-ooscb：菌就+i之綾風MAK111MIN;6女件1二工區(qū)工#立旗重檢：kM/m4之日珈產任010亮示-方向Ni-o.4es己 0,35?圖3風荷載+罐體滿載時立柱應力圖(單位：kpa)從圖3可知，在立柱底截面的應力最大，最大壓應力為111MPa鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范中3.2.1條的規(guī)

7、定，Q235鋼的彎曲基本容許應力為140MPa。在主力+風力組合下，容許應力提高系數為1.2倍，所以提高后的彎曲容許應力為140*1.2=168MPa。從分析結果上看，立柱底截面的最大應力數值均小于168MPa,故在風級11+罐體滿載狀態(tài)下，立柱的強度滿足規(guī)范要求。從桿件的局部穩(wěn)定性來看：取鋼管立柱L=4.5m檢算。鋼管回轉半徑r=33023142/4=113.9mm長細比1=L/r=4500/113.9=40查軸心受壓穩(wěn)定系數表，0=088立柱的穩(wěn)定容許應力為0.88x168=148Mpa,立柱的實際應力小于立柱的穩(wěn)定容許應力，所以立柱的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。(2)罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體

8、穩(wěn)定性驗算為了進一步研究罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性，本報告采用有限元軟件進行了屈曲特征值分析，輸入自重（不變）和風荷載（可變）后進行屈曲分析。分析結果輸出的特征值變成屈曲荷載系數，屈曲荷載系數乘以風荷載（可變）加上自重等于屈曲荷載值，分析結果見表3。表3支撐構件的整體穩(wěn)定性特征值120.72235.76360.15從表3可知，罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性屈曲荷載系數最小為20.72,滿足穩(wěn)定性要求。第一階失穩(wěn)模態(tài)見圖4。中國交通建設股份有限公司-14 -i圖4桁臨界職成領配工舊花+0。1Mode1MAK1ISMIM!4文傳i二工匡己/用建出世：日蛔！05/01/2010能不一方M

9、Ml-£丫1-0,S37虱2;0.2G9階失穩(wěn)模態(tài)EUCKL（N<3MODE整體有限元模型(3)罐體空載狀態(tài)下基礎的穩(wěn)定性檢算根據罐體受力分析，在空罐情況下較滿灌情況下，地基土體發(fā)生剪切破壞,發(fā)生整體傾覆，故只檢算空罐情況下基礎的整體穩(wěn)定情況。圖5單個罐體整體穩(wěn)定性計算簡圖上圖中：N:罐體豎向力kN;F:風荷載產生的水平力kN;G:基礎重力kN;M：風荷載產生的彎矩kN-m；H:基礎Hjm;a：基礎寬m；b:基礎長m;11級風荷載作用下相關的計算參數：3N=98.32kNM=855kNmc=30kPa（f）=30丫（土體容重）=19kN/ma=5.00mb=5.00mH=2.1

10、mF=57kN1）整體抗傾覆檢算Ed-H2KD2cH.K?=19*2.1*2.1*3/2+2*30*2.1*.3=343.923kN/mp2pp式中：Ep：單寬被動土壓力kN/m;Kp：朗肯被動土壓力系數，Kptg2(45o2)=3;H:基礎埋深；c:土體粘聚力kPa；:土體容重;式中:式中:M1 EpM1 :EpEp：H -b=343.923*2.1*5/3=1203.732k N- m 3被動土壓力Ep所產生的轉動力矩；1H 爸H .一（一）Kp 2c .，Kp =252.3717kN/m 233 .單寬被動土壓力kN/m ;M2 1 H .Epb =701.0326 kN- mp 33式

11、中:M2：被動土壓力Ep所產生的轉動力矩;1V=23*a*b*H=1207.5kN式中:G:GN=1305.82kN式中:G'：總豎向力;aMgnG一=3264.55kN-m2式中:Mgn :豎向力產生的轉動力矩;M3=F*H=49.875*2.1=119.7kN-m式中：M3:風荷載水平力產生的轉動力矩kN-m；'MMiMgnM2M3=3647.549kN,m因為：MIMM4.266G#M2所以：罐體不會發(fā)生傾覆破壞2）基底抗滑移檢算f?NFs=1=0.45*1305.82/57=10.30911（實際此時水平力不足以引起基礎滑動，基礎側面土體的抵抗作用尚未發(fā)揮，故抗滑穩(wěn)定性

12、滿足要求，有比較大的安全儲備）式中：Fs：基底滑動安全系數，可根據建筑物等級，查有關設計規(guī)范，一般1.2-1.4N：作用在基底的豎向力的總和，kN;F:作用于基底的水平力的總和，kN;f:基礎與地基土的摩擦系數，經查表取0.45綜上所述，基礎在11級風荷載+罐體空載作用下安全可靠。3.2風級13結構性能抗風驗算風級13時的風荷載和罐體滿載時的恒荷載（包括自重）組合進行立柱的強度、穩(wěn)定性驗算。同時對風級13時的風荷載和罐體空載時的恒荷載組合進行了基礎的穩(wěn)定性驗算。（1）罐體滿載狀態(tài)下立柱的強度及穩(wěn)定性驗算在13級風荷載作用下，按照風荷載+罐體滿載時計算得到的立柱應力見圖POST-PROCESSO

13、REEAMSTRESS陽泡暈K迎招弘+皿44,38642t+O042.70900e+004l.031S7e+O04O.OCOOOe+OOO-£3232Se-t-O04-4.0007Ce+004-5.67S13eH-O04-735556eH-W4-用OGE羯e+WI-1.07104s+(XiSCE:滿輯+15級風MAX:1.1MIN:£女件：二工區(qū)2#大藏加也kNAn2日酷O5yoi/2Oi0處-口,4的?：-0.837圖6風荷載+罐體滿載時立柱應力圖（單位:kpa)2：從圖6可知，在立柱底截面的應力最大，最大壓應力為124Mpa<168MPa,故在風級13+罐體滿載狀

14、態(tài)下，立柱的強度滿足規(guī)范要求。從桿件的局部穩(wěn)定性來看：立柱的穩(wěn)定容許應力為0.88x168=148Mpa,立柱的實際應力小于立柱的穩(wěn)定容許應力，所以立柱的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。（2）罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性驗算為了進一步研究罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性，本報告采用有限元軟件進行了屈曲特征值分析，輸入自重（不變）和風荷載（可變）后進行屈曲分析。分析結果輸出的特征值變成屈曲荷載系數，屈曲荷載系數乘以風荷載（可變）加上自重等于屈曲荷載值，分析結果見表4。表4支撐構件的整體穩(wěn)定性特征值112.26221.16335.63從表4可知，罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性屈曲荷載系數最小為12

15、.26,滿足穩(wěn)定性要求。(3)罐體空載狀態(tài)下基礎的穩(wěn)定性檢算N=98.32kNM=1445.4kNmF=96.36kN1)抗傾覆驗算：檢算圖示及原理同11級風荷載作用下，經計算分析可得：M/MM3561M8G3/144524=2.466372故13級風荷載作用下，空罐體不會發(fā)生傾覆破壞。2)抗滑移驗算Fs=f?N=0.45*1305.82/96.36=6.098163計算結果表明，水平力不足以引起基礎滑動，基礎側面土體的抵抗作用尚未發(fā)揮，故抗滑穩(wěn)定性滿足要求，有比較大的安全儲備。3.3風級15結構性能抗風驗算風級15時的風荷載和罐體滿載時的恒荷載(包括自重)組合進行立柱的強度、穩(wěn)定性驗算。同時

16、對風級15時的風荷載和罐體空載時的恒荷載組合進行了基礎的穩(wěn)定性驗算。(1)罐體滿載狀態(tài)下立柱的強度及穩(wěn)定性驗算在15級風荷載作用下，按照風荷載+罐體滿載時計算得到的立柱應力見圖組合（易光回14.990706+004，3.06712a+004-1 .lE354e+O04 O.OOOOOe+OOO，叫石盤We+004-S.3543ieH-004-L口之口79100匕-1 ? 1415L005-1.40451 en-005CB;徜戰(zhàn):十風瞰國儲入乂 ： 12MllM I 4MIDA&/Civil8EAIM STRESS宜件；二匚跖常X輦的懶;kNMiF日恥OS山1住。1口法產齊mXr0367

17、1 0.391圖7風荷載+罐體滿載時立柱應力圖（單位：kpa）從圖7可知，在立柱底截面的應力最大，最大壓應力為141Mpa<168MPa,故在風級15+罐體滿載狀態(tài)下，立柱的強度滿足規(guī)范要求。從桿件的局部穩(wěn)定性來看：立柱的穩(wěn)定容許應力為0.88x168=148Mpa,立柱的實際應力略小于立柱的穩(wěn)定容許應力，所以立柱的穩(wěn)定性基本滿足規(guī)范要求。（2）罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性驗算為了進一步研究罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性，本報告采用有限元軟件進行了屈曲特征值分析，輸入自重（不變）和風荷載（可變）后進行屈曲分析。分析結果輸出的特征值變成屈曲荷載系數，屈曲荷載系數乘以風荷載（可變）

18、加上自重等于屈曲荷載值，分析結果見表5。表5支撐構件的整體穩(wěn)定性特征值18.07213.9323.44從表5可知，罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性屈曲荷載系數最小為8.07,穩(wěn)定性滿足要求。一階失穩(wěn)模態(tài)見圖8(3)罐體空載狀態(tài)下基礎的穩(wěn)定性檢算F=146.04 kNN=98.32kNM=2190.6kN-m1）抗傾覆驗算：檢算圖示及原理同11級風荷載作用下，經計算分析可得:M/MM346M565/219026=1.579734故15級風荷載作用下，空罐體不會發(fā)生傾覆破壞。2)抗滑移驗算lf?NFs=0.45*1305.82/146.04=4.023685F計算結果表明，水平力不足以引起基礎滑

19、動，基礎側面土體的抵抗作用尚未發(fā)揮，故抗滑穩(wěn)定性滿足要求，有比較大的安全儲備。3.4風級17結構性能抗風驗算風級17時的風荷載和罐體滿載時的恒荷載(包括自重)組合進行立柱的強度、穩(wěn)定性驗算。同時對風級17時的風荷載和罐體空載時的恒荷載組合進行了基礎的穩(wěn)定性驗算。(1)罐體滿載狀態(tài)下立柱的強度及穩(wěn)定性驗算在17級風荷載作用下，按照風荷載+罐體滿載時計算得到的立柱應力見圖9MIDAS/GvilPOSIPROCESSORBEAMSTRESS眼告后犬圓乙7Z654AQQ45,E4321e+00433feS9e-*-0041.191SSa+004O,D0OOOe+0OO3.1650+004S.3434U

20、+QO47.521740045.70M&e+Od41.1B784e+0O5.,，,40強海+口。5-1,G23£Oe+OOEMAK12MINi4文告：二工區(qū)N#大愛曲也；kN/m日期：。句Q1/MHQ一木方向*;03口2j圖9風荷載+罐體滿載時立柱應力圖（單位：kpa）從圖9可知，在立柱底截面的應力最大，最大壓應力為162Mpa<168MPa,故在風級17+罐體滿載狀態(tài)下，立柱的強度滿足規(guī)范要求。從桿件的局部穩(wěn)定性來看：立柱的穩(wěn)定容許應力為0.88x168=148Mpa,立柱的實際應力大于立柱的穩(wěn)定容許應力，所以立柱的穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求。（2）罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的

21、整體穩(wěn)定性驗算為了進一步研究罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性，本報告采用有限元軟件進行了屈曲特征值分析，輸入自重（不變）和風荷載（可變）后進行屈曲分析。分析結果輸出的特征值變成屈曲荷載系數，屈曲荷載系數乘以風荷載（可變）加上自重等于屈曲荷載值，分析結果見表6。表6支撐構件的整體穩(wěn)定性特征值15.5429.56316.09從表6可知，罐體滿載狀態(tài)下支撐構件的整體穩(wěn)定性屈曲荷載系數最小為5.54,穩(wěn)定性滿足要求。(3)罐體空載狀態(tài)下基礎的穩(wěn)定性檢算N=98.32kNM=3198.6kNmF=213.24kN1)抗傾覆驗算：檢算圖示及原理同11級風荷載作用下，經計算分析可得：M/MM331Ml44

22、5/3M06=1.037781故17級風荷載作用下，空罐體不會發(fā)生傾覆破壞。2)抗滑移驗算lf?NFs=0.45*1305.82/213.24=2.75567計算結果表明，水平力不足以引起基礎滑動，基礎側面土體的抵抗作用尚未發(fā)揮，故抗滑穩(wěn)定性滿足要求，有比較大的安全儲備。四、抗風加固措施及其加固后承載能力檢算通過前面的計算分析可知，在風級17下立柱的局部穩(wěn)定性均不滿足規(guī)范要求。因此必須采取相應的抗風加固措施，以提高結構的抗風承載能力，并對加固后的結構承載能力進行評價。4.1 風級17時罐體抗風加固計算(1)罐體滿載狀態(tài)下立柱的強度及穩(wěn)定性驗算采用1根小40mm的錨索(較大的直徑增加了錨索的抗拉

23、剛度，有利于增加風荷載作用時錨索的受力，減小立柱的受力)，一端拉住罐體，另一端固定于鋼筋混凝土的地錨上，其中兩根錨索與地面傾角為45度。加固后的有限元模型見圖10。加固后的立柱應力見圖11.自山吊 寸£黑，raurfciwPCO-FRCCESEiDP.BEAMgTW三£蜜曲t量大忙6團巾，位口4印耳68日相口審12«/64ft-HiQ-tLJ-UlXrULMja-KinD一1$同登觸2>!?laGBRi-Y同和，。4F里一-&居中沁/今SEI2g二時工40-1.0E11CO+-JDE】言社白之已十維d430734%L&1；flt-a+iqmM離椅二1。MIH54文容：而IS17-二工MikM，m7Htl：U5UJ但ULU蔻一,白*|Zi o.cie圖10加固后有限元模型圖圖11風荷載+罐體空載時立柱應力圖從圖10可知，在立柱底截面的應力最大，最大壓應力為143Mpa<168MPa,故加固后在風級17+罐體滿載狀態(tài)下，立柱的強度滿足規(guī)范要求。從桿件的局部穩(wěn)定性來看：立柱的穩(wěn)定容許應力為0.88x168=148Mpa,立柱的實際應力小于立柱的穩(wěn)定容許應力，所以立柱的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要