钢筋混凝土筒仓基础设计问题探讨.pdf

浙江建筑,第28卷,第7期,2011年7月
Zhejiang Construction, Vol 28, No. 7, Jul 2011
钢筋混凝士筒仓基础设计问题探讨
A Discussion on The Foundation Design for Reinforced Concrete Silos
郑庆国,丁智潮
ZHENG Qing-guo, DING Zhi-chao
(1.嘉善县人防设施管理所,浙江嘉善314100;2.浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江杭州310012)
摘要:通过一系列的有限元分析算例,探讨钢筋混凝土筒仓基础设计中的问题,提出了筒仓基础设计以变形反算应力的理
念,对此类结构在设计中如何考虑该问题提出了相关建议。
关键词:筒仓;地基度;峰值平台;变形反算应力
中图分类号:TU375
文献标识码:B
文章编号:1008-3707(2011)07-0018-03
建筑物的上部结构与地基基础相互联系处于
量为9500t。
个共同作用的完整系统中并且发生变形,两者之间1.1均匀刚度地基
的变形和受力是相互协调的。而常规设计方法往往
通过计算分析得到以下结论:此类情况设计时可
把上部结构与地基基础作为两个单独单元,不考虑以按常规设计方法,即把上部结构与地基基础作为两
其变形协调问题,使得建筑物存在一定的安全隐患。个单独单元,不考虑其变形协调问题,单独进行设计。
为确切反映整个系统的受力和变形情况,应进行上1.2不均匀刚度地基
部结构与地基基础的共同作用分析,所谓共同作用
在探讨地基刚度的不均匀性对上部结构受力影
就是把地基基础和上部结构合为一体,在分析其内响时,采用将地基(或桩基础)模拟为弹性支座的有
力和变形时,考虑其协同变形受力的计算分析方法。限元分析方法,对上部结构和地基基础作为整体进
本文重点阐述筒壁支撑的钢筋混凝土筒仓上部结构行分析,弹性支座的分布见图1,本文计算分析采用
和地基基础的共同作用机理,并提出了以变形反算“有限元分析程序SAP2000。为分析问题的需要,针
应力进行筒仓设计的理念。
对以下两种情况进行详细讨论分析。
理论分析
进行上部结构与地基基础共同作用分析时,按
子结构原理将整个结构分成两部分,上部结构与环
形地梁或地筏板组成的结构物部分和粧土组成的地
基基础部分。为简化问题,着重探讨地基刚度的不
均匀性对上部结构受力的影响,分析时按均匀刚度
地基和不均匀刚度地基两大类,采用的筒仓模型参
数如下:筒仓主体结构由基础、筒壁、环梁、减压锥和
图1弹性支座节点示意图
仓壁组成,总高度61.50m、内直径18.00m,设计容
收稿日期:2011~04-02
作者简介:郑庆国(1974-),男,浙江平阳人,工程师,主要从事建筑人防工作。
第7期
郑庆国等:钢筋混凝土筒仓基础设计问题探讨
2.1地基刚度呈线性变化弹性支座的刚度按
表4支座反力及筒壁应力差异值(单位:%)
组合I、组合Ⅱ、组合Ⅲ采用,见表1。通过有限元
组合
支座反力
筒壁应力
计算分析及整理,与均匀刚度地基相比对,弹性支座
93.3
63.4
反力及筒壁应力的差异值见表2。
36.9
表1弹性支座的刚度(单位:10xkN/s
弹性支座
分析表3、表4,并结合计算结果,得到以
组合
53、62
1、89、1410、1311、12
结论
4.04
5.05.
6.0
6.
(1)地基刚度越小,地基刚度突变对上部结构
400450500550600
650
受力影响越大,筒壁的应力集中现象越严重。
(2)地基刚度存在明显强弱分界线时或同一结
表2支座反力及筒壁应カ差异值(单位:%)构单元采用不同基础形式且刚度差异较大的情况
组合
支座反力
筒壁应力
下,对上部结构的受力非常不利,尤其是在强弱分界
4.0
线附近区域筒壁存在明显的应力集中现象,其轴向
3.7
4.1
压应力将成倍增加。
Ⅲl
2.2
3.0
(3)地基刚度局部不均匀情况,由于筒体本身
刚度很大,对地基弹性支座反力的重新分配能力较
分析表1、表2,并结合计算结果,得出以下结论:强,与地基刚度存在明显的强弱分界线的情况相比,
(1)当地基刚度相对变化率相同时,地基绝对对上部结构受力的不利程度并不是特别严重,其影
刚度越小,结构受力的应力集中现象越明,随着地响程度视局部不均匀范围大小而变化。
基绝对刚度的增大,结构受力的应力集中现象趋向
(4)地基刚度存在突变的情况下,在结构设计
绶和。
时必须考虑地基基础和上部结构的共同作用,在概
(2)从弹性支座反力及筒壁轴向压应力变异系念设计时应避免同一结构单元采用不同基础形式,
数看,地基刚度线性变化;且梯度不大时,应力集中即使在非抗震设防区域也应避免。地基刚度突变对
现象引起的附加增量在整个结构受力中影响并不结构引起的附加内力,在局部区域大于荷载作用引
大,一般在10%之内,按《钢筋混凝土筒仓设计规范起的内力,且强度计算起控制作用,而地基不均匀沉
(GB50077-2003)》山的相关规定设计可以控制其降往往小于《钢筋混凝土筒仓设计规范(CB50077
影响程度,如控制平均沉降量、倾斜率等指标。
2003)》规定的要求
1.2.2地基刚度存在突变地基刚度存在突变的
2结论与建议
情况分为两类:一类是地基刚度存在比较明显的强
弱分界线或同一结构单元采用不同基础形式且刚度
通过筒壁支撑的钢筋混凝土筒仓上部结构与地
差异较大的情况;另一类是地基局部存在突变,属于基基础共同作用理论分析及浙江某水泥生料均化库
局部现象。分析该问题时,弹性支座的刚度按组合坍塌事故原因分析,总结出以下结论及建议:
Ⅳ、组合V、组合Ⅵ、组合Ⅶ采用,见表3。通过有限
(1)地基刚度均匀和地基刚度线性变化时,可
元计算分析及数据整理,与均匀刚度地基相比对,弹以不进行上部结构与地基基础共同作用计算分析,
性支座反力及筒壁应力的差异值见表4。。
一般按《钢筋混凝土筒仓设计规范(CB50077
2003)》的相关规定设计可以满足要求。
表3弹性支座的刚度(单位:10°xkN/s
(2)地基刚度局部不均匀情况,应考虑上部结
弹性支座
构与地基基础共同作用效应,虽然由于筒体木身刚
组合
8~14
其它
度很大,对弹性支座反力的重新分配能力较强,但应
0
该确定支座反力和筒壁应力峰值平台,并且按该峰
值平台确定的数值进行结构构件设计,同时可以通
500
过适当增加地梁树度进行协调。