水泥罐抗风验算详细计算书文档格式.docx

1、风速m/s1024.5-28.41128.5-32.61232.7-36.91337.0-41.41441.5-46.11546.2-50.9公路桥涵设计基本规范中的4.4.1条规定，作用于结构物上的风荷载强度可按下式计算： （1）式中 风荷载强度（Pa）；基本风压值（Pa），系按平坦空旷地面，离地面20m高，频率1/100的10min平均最大风速（m/s）计算确定；一般情况可按铁路桥涵设计基本规范中附录D“全国基本风压分布图”，并通过实地调查核实后采用；风载体形系数，对桥墩可参照铁路桥涵设计基本规范中表4.4.1-1，其它构件为1.3；风压高度变化系数，可参照铁路桥涵设计基本规范中表4.4.

2、1-2，风压随离地面或常水位的高度而异，除特殊高墩个别计算外，为简化计算，桥梁工程中全桥均取轨顶高度处的风压值；地形、地理条件系数，可参照铁路桥涵设计基本规范中表4.4.1-3。针对本工程场地实际特点，取k1=1.3， k2=1.0 ，k3=1.3。取风级11下的风速为30m/s，风级13下的风速为39m/s，风级15下的风速为48m/s；风级17下的风速为58m/s。计算得罐体每延米的荷载强度见表2。表2 风级与风荷载强度大小W0 paK1K2k3W 迎风面积m2延米风载强度kN/m30562.51.31950.654.75391606.68.03481440.02433.612.17175

3、82102.53553.217.77三、不同工况下立柱强度、稳定性及整体倾覆检算为了考虑罐体支架的内力，检算过程采用有限元数值计算方法。根据工程的实际使用情况及受力最不利原则，验算时重点对罐体满载的情况进行了立柱的强度及稳定性验算。罐体立柱采用330mm（壁厚8mm），立柱间横撑采用槽钢120x40 x4.5mm。有限元模型见图1及图2。3.1 风级11结构性能抗风验算风级11时的风荷载和罐体满载时的恒荷载（包括自重）组合进行立柱的强度、稳定性验算。同时对风级11时的风荷载和罐体空载时的恒荷载组合进行了基础的稳定性验算。（1）罐体满载状态下立柱的强度及稳定性验算在11级风荷载作用下，按照风荷载

4、+罐体满载时计算得到的立柱应力见图3。图3 风荷载+罐体满载时立柱应力图（单位：kpa）从图3可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力为111MPa。铁路桥梁钢结构设计规范中3.2.1条的规定，Q235钢的弯曲基本容许应力为140 MPa。在主力+风力组合下，容许应力提高系数为1.2倍，所以提高后的弯曲容许应力为140*1.2=168 MPa。从分析结果上看，立柱底截面的最大应力数值均小于168 MPa，故在风级11+罐体满载状态下，立柱的强度满足规范要求。从杆件的局部稳定性来看：取钢管立柱L=4.5m检算。钢管回转半径r=/4=113.9mm长细比=L/r=4500/113.9=40查轴心受

5、压稳定系数表，=0.88 立柱的稳定容许应力为0.88x168=148 Mpa, 立柱的实际应力小于立柱的稳定容许应力，所以立柱的稳定性满足规范要求。（2）罐体满载状态下支撑构件的整体稳定性验算 为了进一步研究罐体满载状态下支撑构件的整体稳定性，本报告采用有限元软件进行了屈曲特征值分析，输入自重（不变）和风荷载（可变）后进行屈曲分析。 分析结果输出的特征值变成屈曲荷载系数，屈曲荷载系数乘以风荷载（可变）加上自重等于屈曲荷载值，分析结果见表3。表3 支撑构件的整体稳定性模态特征值20.72235.76360.15从表3可知，罐体满载状态下支撑构件的整体稳定性屈曲荷载系数最小为20.72，满足稳定

6、性要求。第一阶失稳模态见图4。图4 第一阶失稳模态图1 整体有限元模型 图2 局部放大模型（3）罐体空载状态下基础的稳定性检算根据罐体受力分析，在空罐情况下较满灌情况下，地基土体发生剪切破坏，发生整体倾覆，故只检算空罐情况下基础的整体稳定情况。图5 单个罐体整体稳定性计算简图上图中：N：罐体竖向力kN；F：风荷载产生的水平力kN；G：基础重力kN；M：风荷载产生的弯矩kNm；H：基础高m；a：基础宽m；b：基础长m；11级风荷载作用下相关的计算参数：N=98.32kN M=855kNm c=30kPa =30 （土体容重）=19kN/m3 a=5.00m b=5.00m H=2.1m F=57

7、 kN1）整体抗倾覆检算=19*2.1*2.1*3/2+2*30*2.1*=343.923kN/m式中：单宽被动土压力kN/m；朗肯被动土压力系数，=3；基础埋深；土体粘聚力kPa；土体容重；=343.923*2.1*5/3=1203.732kNm 式中： ：被动土压力所产生的转动力矩；=252.3717kN/m=701.0326 kN=23*a*b*H=1207.5kN G：基础重力；=1305.82 kN总竖向力；=3264.55kN竖向力产生的转动力矩；=F*H=49.875*2.1=119.7kN M3：风荷载水平力产生的转动力矩kN =3647.549 kN因为：/M4.26614所

8、以：罐体不会发生倾覆破坏2）基底抗滑移检算=0.45*1305.82/57=10.30911 （实际此时水平力不足以引起基础滑动，基础侧面土体的抵抗作用尚未发挥，故抗滑稳定性满足要求，有比较大的安全储备）基底滑动安全系数，可根据建筑物等级，查有关设计规范，一般1.2-1.4作用在基底的竖向力的总和，kN；作用于基底的水平力的总和，kN；基础与地基土的摩擦系数，经查表取0.45综上所述，基础在11级风荷载+罐体空载作用下安全可靠。3.2 风级13结构性能抗风验算风级13时的风荷载和罐体满载时的恒荷载（包括自重）组合进行立柱的强度、稳定性验算。同时对风级13时的风荷载和罐体空载时的恒荷载组合进行了

9、基础的稳定性验算。在13级风荷载作用下，按照风荷载+罐体满载时计算得到的立柱应力见图6。图6 风荷载+罐体满载时立柱应力图（单位：从图6可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力为124Mpa 168 MPa，故在风级13+罐体满载状态下，立柱的强度满足规范要求。立柱的稳定容许应力为0.88x168=148 Mpa, 立柱的实际应力小于立柱的稳定容许应力，所以立柱的稳定性满足规范要求。 分析结果输出的特征值变成屈曲荷载系数，屈曲荷载系数乘以风荷载（可变）加上自重等于屈曲荷载值，分析结果见表4。表4 支撑构件的整体稳定性12.2621.1635.63从表4可知，罐体满载状态下支撑构件的整体稳定性屈

10、曲荷载系数最小为12.26，满足稳定性要求。N=98.32 kN M=1445.4kNm F=96.36kN1）抗倾覆验算：检算图示及原理同11级风荷载作用下，经计算分析可得：/M=3564.893/1445.4=2.466372故13级风荷载作用下，空罐体不会发生倾覆破坏。2）抗滑移验算=0.45*1305.82/96.36=6.098163计算结果表明， 水平力不足以引起基础滑动，基础侧面土体的抵抗作用尚未发挥，故抗滑稳定性满足要求，有比较大的安全储备。3.3 风级15结构性能抗风验算风级15时的风荷载和罐体满载时的恒荷载（包括自重）组合进行立柱的强度、稳定性验算。同时对风级15时的风荷载

11、和罐体空载时的恒荷载组合进行了基础的稳定性验算。在15级风荷载作用下，按照风荷载+罐体满载时计算得到的立柱应力见图7。图7 风荷载+罐体满载时立柱应力图（单位：从图7可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力为141Mpa 168 MPa，故在风级15+罐体满载状态下，立柱的强度满足规范要求。立柱的稳定容许应力为0.88x168=148 Mpa, 立柱的实际应力略小于立柱的稳定容许应力，所以立柱的稳定性基本满足规范要求。 分析结果输出的特征值变成屈曲荷载系数，屈曲荷载系数乘以风荷载（可变）加上自重等于屈曲荷载值，分析结果见表5。表5 支撑构件的整体稳定性8.0713.923.44从表5可知，罐体满载状态下支撑构件的整体稳定性屈曲荷载系数最小为8.07，稳定性满足要求。一阶失稳模态见图8。图8 第一阶失稳模态N= 98.32 kN M=2190.6kNm F=146.04 kN/M=3460.565/2190.6=1.579734故15级风荷载作用下，空罐体不会发生倾覆破坏。=0.45*1305.82/146.04= 4.023685计算结果表明，水平力不足以引起基础滑动，基础侧面土体的抵抗作用尚未发挥，故抗滑稳定性满足要求，有比较大