卵形消化池静动力分析方法

摘要

本发明公开了一种卵形消化池静动力分析方法，包括以下步骤：确定消化池的结构、材料及地质参数；定义消化池的载荷及取值范围；基于ANSYS系统中的板壳单元和三维块体单元建立并计算该消化池的简化模型；确定消化池载荷及工况的组合；将每束预应力钢筋的压力分别折算成该束钢筋作用范围内的均布压力；预应力荷载的等效转化，将环向预应力钢筋的内力转化成等效外荷载；近似用线性插值计算各个单元中点处的等效压力；对消化池在荷载标准值作用下的内力进行分析；对卵形消化池在设计值作用下的受力进行分析；输入地震波，采用三维整体建模的方法对上述卵形消化池的简化模型进行动力分析，得出卵形消化池的动力特性。

主权项

1.一种卵形消化池静动力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定消化池的结构参数、材料参数及地质参数；步骤二：定义消化池的载荷及取值范围；步骤三：基于ANSYS系统中的板壳原则和三维块体的方式建立并计算该消化池的简化模型；步骤四：对上述卵形消化池的简化模型进行静力分析：(4-1)确定消化池载荷的组合情况；(4-2)确定工况的组合，并同时满足下述公式(1)和公式(2)：水池结构构件，应按照承载能力极限状态计算，除结构整体稳定验算外，其余均采用分项系数设计表达式。并应满足下式：γ0S≤R (1)γ0——结构重要性系数。一般情况下水池安全等级取二级，γ0取1.0；S——作用效应组合设计值；R——结构构件抗力设计值。作用效应组合设计值S应满足：S＝γG1CG1G1k+γG(CwFwk+CpFpk)+ψcγQ(CgasFgask+CtFtk) (2)γG1——消化池自重分项系数，取1.2；当对结构有利时，取1.0；CG1——消化池自重效应系数；G1k——消化池自重标准值；γG——作用在消化池上的水压和预应力的分项系数，对结构不利时取1.27；对结构有利时取1.0；Cw——池内水压力效应系数；Fwk——池内水压力标准值；Cp——预加应力效应系数；Fpk——预加力标准值；γQ——作用在消化池上的气压和温度的分项系数，取1.40；ψc——两种或两种以上可变作用的组合系数，取0.9；Ct——温(湿)度作用效应系数；Ftk——温(湿)度作用标准值；(4-3)预应力荷载的等效转化：由于消化池形状为卵形，水平直径沿高度均匀变化，不同于直径为常数的圆柱消化池，故，需要将每束预应力钢筋的压力分别折算成该束钢筋作用范围内的均布压力；取内径与外径之比接近1的薄壁旋转筒，外侧作用有均布压力p；取高度为dz的圆台，该段曲面薄壁筒可以近似视为圆台侧面受均布力作用，尺寸为：平均半径R、厚度t，外壁与水平面夹角为α，圆环的角度从β1到β2；薄壁圆筒在外侧均布压力p的作用下，在圆周方向产生环向应力σθ，半径方向产生径向应力σr；径向应力从池壁外侧的-p变为池壁内侧的0，在壁厚非常薄的情况下，σr与σθ比较起来非常小，故，σr常常忽略不计，且假定σθ在截面内均匀分布，则，高度方向截面上的集中力T为σθ与截面面积的乘积；设：y坐标轴为扇形圆环的对称轴，取一微段dβ，作用于dβ段上的力为：dP＝pRlcos(α)dβ (3)作用于β1-β2扇形圆环上的力为：$\underset{\beta 1}{\overset{\beta 2}{\int }}\mathrm{pRl}\cos \left(\alpha \right)\mathrm{d\beta }---\left(4\right)$ 考虑到圆环上y方向的受力平衡，且β2＝180-β1，则$\underset{\beta 1}{\overset{\beta 2}{\int }}\mathrm{pRl}\cos \left(\alpha \right)\sin \left(\beta \right)\mathrm{d\beta }=T\cos \left({\beta }_1\right)+T\cos \left({\beta }_2\right)---\left(5\right)$ 公式(5)简化为：2pRlcos(α)cos(β1)＝2Tcos(β1) (6)即：pRlcos(α)＝TT—长度l范围内所有预应力钢筋的环拉力(N/m2)这里，T＝Ay·(σcon-∑σli)Ay—长度l范围内所有预应力钢筋的截面面积(mm2)σcon—预应力钢筋的张拉控制应力(N/mm2)∑σli—预应力钢筋总的预应力损失(N/mm2)预应力钢筋的等效压力：$p=\frac{\mathrm{Ay}({\sigma }_{\mathrm{con}}-\Sigma {\sigma }_{\mathrm{lt}})}{\mathrm{Rl}\cos \left(\alpha \right)}---\left(7\right)$ R——l范围内池体环向水平半径，取平均值(m)；α——壳体法向与水平面的夹角；通过以上计算，环向预应力钢筋的内力转化成等效外荷载；为使该等效荷载方便施加在ANSYS模型中，近似用线性插值计算各个单元中点处的等效压力；径向预应力筋对卵形消化池壳体产生的径向压力也按上述方法等效成均布的侧压力；另外，由于竖向预应力筋非连续，故在锚固端、张拉端应施加相应的节点力，节点力的大小由径向预应力筋面积及有效预应力值的乘积决定，方向与端部预应力筋一致；(4-4)卵形消化池在荷载标准值作用下的内力分析；(4-5)卵形消化池在设计值作用下的受力分析；步骤五：输入地震波，采用三维整体建模的方法对上述卵形消化池的简化模型进行动力分析，由ANSYS模态分析获得卵形消化池的动力特性。