本發(fā)明涉及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)儲(chǔ)存領(lǐng)域中鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于蜂窩型鋼筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)體系。

背景技術(shù)：

筒倉(cāng)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中用來(lái)儲(chǔ)存散裝物料的倉(cāng)庫(kù)。近年來(lái)，隨著行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)物料儲(chǔ)存庫(kù)，特別是對(duì)其容積的要求越來(lái)越高，有些鋼筒倉(cāng)的容積甚至達(dá)10萬(wàn)立方以上，這對(duì)大容積鋼筒倉(cāng)的設(shè)計(jì)提出新的挑戰(zhàn)。目前實(shí)際工程中設(shè)計(jì)應(yīng)用的筒倉(cāng)基本上是圓形形狀，這使得大容積筒倉(cāng)的直徑非常大，有時(shí)可達(dá)100多米。大容積圓形筒倉(cāng)在實(shí)際工程中多設(shè)計(jì)為落地式平底倉(cāng)，采用地道式出料方式，常在基礎(chǔ)底板上按一定間距開(kāi)設(shè)多個(gè)一定大小尺寸的卸料口，即形成所謂的“多點(diǎn)卸料”方式。對(duì)采用多點(diǎn)卸料方式的大容積筒倉(cāng)，卸料時(shí)為了操作的便宜，底板卸料口開(kāi)放的位置及個(gè)數(shù)往往是隨機(jī)的，即實(shí)際工程中采用多點(diǎn)卸料方式時(shí)，保證筒倉(cāng)的中心對(duì)稱(chēng)卸料往往是不現(xiàn)實(shí)的，因而偏心卸料甚至大偏心卸料就不可避免。卸料過(guò)程中的偏心引起鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁散料壓力在周向和豎向的不均勻分布，使結(jié)構(gòu)的承載力顯著降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決滿(mǎn)足蜂窩形鋼筒倉(cāng)這一新型的空間結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能要求等問(wèn)題，提出一種適用于蜂窩型鋼筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)體系。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種適用于蜂窩型鋼筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)體系，所述筒倉(cāng)由若干單倉(cāng)相連而成，所述筒倉(cāng)的橫截面為蜂窩形狀，所述單倉(cāng)的橫截面為正六邊形，所述單倉(cāng)的一個(gè)面由若干倉(cāng)壁平板、兩個(gè)豎直框架角柱、若干豎直框架中間柱、若干水平框架梁構(gòu)成，所述若干豎直框架中間柱分布在兩個(gè)豎直框架角柱之間，所述豎直框架角柱和豎直框架中間柱之間以及相鄰兩個(gè)豎直框架中間柱之間通過(guò)水平框架梁垂直相交焊接，所述豎直框架角柱和豎直框架中間柱在焊接節(jié)點(diǎn)處豎向連續(xù)；所述水平框架梁在節(jié)點(diǎn)處，其橫截面焊接在豎直框架角柱或豎直框架中間柱的側(cè)面上；所述單倉(cāng)一個(gè)面上的兩個(gè)豎直框架角柱、若干豎直框架中間柱和若干水平框架梁連接構(gòu)成框架；所述倉(cāng)壁平板焊接在框架上，所述單倉(cāng)的相連兩個(gè)面采用公共的豎直框架角柱,所述單倉(cāng)的六個(gè)面依次連續(xù)構(gòu)成一個(gè)單倉(cāng)；所述倉(cāng)壁平板、豎直框架角柱、豎直框架中間柱以及水平框架梁構(gòu)成框殼結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述倉(cāng)壁平板位于框架的一側(cè)，或倉(cāng)壁平板位于框架的中面上。

進(jìn)一步的，所述倉(cāng)壁平板的厚度采用均勻壁厚或采用階梯型變壁厚形式。

進(jìn)一步的，所述豎直框架角柱和豎直框架中間柱的截面采用矩形鋼管、方形鋼管、槽鋼或I字鋼。

進(jìn)一步的，還包括支架，所述筒倉(cāng)支撐在支架上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1)卸料偏心對(duì)蜂窩倉(cāng)結(jié)構(gòu)承載力的影響甚微，這是蜂窩倉(cāng)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)圓形倉(cāng)的特征之一。平面是由多個(gè)六邊形單倉(cāng)組合而成，每個(gè)六邊形單倉(cāng)倉(cāng)底均布設(shè)有單獨(dú)卸料口，因而每個(gè)單倉(cāng)在裝卸料時(shí)都是相對(duì)獨(dú)立的。大直徑圓形鋼筒倉(cāng)雖然也采用帶倉(cāng)底卸料口的多點(diǎn)卸料方式，但由于倉(cāng)內(nèi)流動(dòng)通道不是獨(dú)立的，而其實(shí)際為假想的流動(dòng)通道，卸料時(shí)卸料口開(kāi)放的個(gè)數(shù)和位置都是隨機(jī)的，因而圓形落地倉(cāng)卸料時(shí)各卸料通道相互干擾，其對(duì)倉(cāng)壁的散料壓力分布影響非常顯著，使倉(cāng)壁散料壓力沿周向和豎向均顯著不均勻分布。蜂窩形鋼筒倉(cāng)也可采用多點(diǎn)卸料方式，各單倉(cāng)可同時(shí)或單獨(dú)卸料，單倉(cāng)間由于有共同倉(cāng)壁阻隔，因而卸料時(shí)倉(cāng)內(nèi)流動(dòng)通道之間互不影響或相互影響較小。當(dāng)蜂窩形群倉(cāng)中的某些偏離蜂窩倉(cāng)形心的單倉(cāng)卸料時(shí)，相對(duì)整體而言即是偏心卸料，偏心的程度由工作單倉(cāng)與蜂窩形心的相對(duì)位置確定，因此偏心卸料甚至大偏心卸料對(duì)蜂窩形鋼筒倉(cāng)的影響是也是很小的。

2)蜂窩倉(cāng)可以實(shí)現(xiàn)土地的高效利用。圓形筒倉(cāng)群倉(cāng)的平面布置多采用行列式的形式，各筒倉(cāng)之間存在空隙，因而不利于節(jié)地。對(duì)于蜂窩形筒倉(cāng)組合群倉(cāng)而言，各單倉(cāng)間不存在空隙，在群倉(cāng)內(nèi)部?jī)上噜復(fù)矀}(cāng)共享倉(cāng)壁，各單倉(cāng)之間通過(guò)倉(cāng)壁相連，形成一個(gè)大型帶隔板的多邊形“筒倉(cāng)群”。因而六邊形筒倉(cāng)組成的群倉(cāng)有利于節(jié)地，特別是對(duì)土地資源緊張的情況下，采用蜂窩形筒倉(cāng)群無(wú)疑是有利的。

3)蜂窩形鋼筒倉(cāng)施工方便，建造周期縮短。蜂窩形鋼筒倉(cāng)的各倉(cāng)壁為平面形狀，其曲率為零，與圓形鋼筒倉(cāng)的倉(cāng)壁相比，施工建造時(shí)不需要彎曲加工，且平面形狀的鋼板焊接時(shí)也比弧形鋼板的焊接更為方便，因而可以節(jié)約大量的加工時(shí)間；另外，蜂窩形鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁鋼板的厚度要遠(yuǎn)小于相同容積和高度的圓形鋼筒倉(cāng)，因而也可大大節(jié)約筒倉(cāng)的加工制作時(shí)間且施工質(zhì)量更易保證。

4)蜂窩倉(cāng)可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)約用材。蜂窩形群倉(cāng)內(nèi)部?jī)上噜忎撏矀}(cāng)共享倉(cāng)壁，因而可以節(jié)約一定材料，并縮短施工周期。隨著蜂窩形鋼筒倉(cāng)中所組成的六邊形單倉(cāng)的個(gè)數(shù)的增大，這種優(yōu)點(diǎn)更加突出。

附圖說(shuō)明

圖1為不同個(gè)數(shù)六邊形單倉(cāng)組合群倉(cāng)的平面布置圖；

圖2為六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)布置圖；

圖3為算例蜂窩形筒倉(cāng)平面布置示意圖；

圖4為六邊形鋼筒倉(cāng)幾何尺寸圖；

圖5為六邊形鋼筒倉(cāng)整體有限元模型圖；

圖6為圓形鋼筒倉(cāng)屈曲模態(tài)圖；

圖7為六邊形框殼結(jié)構(gòu)加勁肋布置方案和構(gòu)件截面布置圖；

圖8為六邊形殼單元鋼筒倉(cāng)變形形狀圖；

圖9為六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)1屈曲模態(tài)圖；

圖10為六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)2屈曲模態(tài)圖；

圖11為六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)3屈曲模態(tài)圖；

圖12為六邊形鋼筒倉(cāng)框架結(jié)構(gòu)屈曲模態(tài)圖；

圖13為框殼結(jié)構(gòu)鋼筒倉(cāng)非線(xiàn)性屈曲分析荷載-位移全過(guò)程曲線(xiàn)圖；

圖14為框殼結(jié)構(gòu)3荷載-位移曲線(xiàn)的斜率隨位移的變化過(guò)程圖；

圖15為兩倉(cāng)組合時(shí)分析工況圖；

圖16為兩倉(cāng)組合群倉(cāng)LBA屈曲模態(tài)圖；

圖17為兩倉(cāng)組合群倉(cāng)GNA屈曲模態(tài)圖；

圖18為兩倉(cāng)組合群倉(cāng)GMNA屈曲模態(tài)圖；

圖19為三倉(cāng)組合群倉(cāng)分析工況圖；

圖20為三倉(cāng)組合群倉(cāng)LBA屈曲模態(tài)圖；

圖21為三倉(cāng)組合群倉(cāng)GMNA屈曲模態(tài)圖；

圖22為蜂窩形鋼筒倉(cāng)分析工況圖；

圖23為蜂窩形群倉(cāng)LBA分析典型屈曲模態(tài)圖；

圖24為蜂窩形群倉(cāng)GMNA分析典型屈曲模態(tài)圖；

圖中，倉(cāng)壁平板1、豎直框架角柱2、豎直框架中間柱3、水平框架梁4、殼單元5、梁?jiǎn)卧?。

具體實(shí)施方法

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方法進(jìn)一步闡述。

圖1為不同個(gè)數(shù)六邊形單倉(cāng)組合群倉(cāng)的平面布置圖，圖2為六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)布置圖；為本發(fā)明提供一種適用于蜂窩型鋼筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)體系，所述筒倉(cāng)由若干單倉(cāng)相連而成，所述筒倉(cāng)的橫截面為蜂窩形狀，所述單倉(cāng)的橫截面為正六邊形，所述單倉(cāng)的一個(gè)面由若干倉(cāng)壁平板1、兩個(gè)豎直框架角柱2、若干豎直框架中間柱3、若干水平框架梁4構(gòu)成，所述若干豎直框架中間柱3分布在兩個(gè)豎直框架角柱2之間，所述豎直框架角柱2和豎直框架中間柱3之間以及相鄰兩個(gè)豎直框架中間柱3之間通過(guò)水平框架梁4垂直相交焊接，所述豎直框架角柱2和豎直框架中間柱3在焊接節(jié)點(diǎn)處豎向連續(xù)；所述水平框架梁4在節(jié)點(diǎn)處，其橫截面焊接在豎直框架角柱2或豎直框架中間柱3的側(cè)面上；所述單倉(cāng)一個(gè)面上的兩個(gè)豎直框架角柱2、若干豎直框架中間柱3和若干水平框架梁4連接構(gòu)成框架；所述倉(cāng)壁平板1焊接在框架上，所述單倉(cāng)的相連兩個(gè)面采用公共的豎直框架角柱2,所述單倉(cāng)的六個(gè)面依次連續(xù)構(gòu)成一個(gè)單倉(cāng)；所述倉(cāng)壁平板1、豎直框架角柱2、豎直框架中間柱3以及水平框架梁4構(gòu)成框殼結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述倉(cāng)壁平板1焊接在框架上有兩種方式：所述倉(cāng)壁平板1位于框架的一側(cè)，或倉(cāng)壁平板1位于框架的中面上。

進(jìn)一步的，所述倉(cāng)壁平板1的厚度采用均勻壁厚或采用階梯型變壁厚形式。

進(jìn)一步的，所述豎直框架角柱2和豎直框架中間柱3的截面采用矩形鋼管、方形鋼管、槽鋼或I字鋼。

進(jìn)一步的，還包括支架，所述筒倉(cāng)支撐在支架上。

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施案例：

1、工程案例

以實(shí)際工程中的某蜂窩形筒倉(cāng)為例，如圖3所示為工程的平面布置示意圖。蜂窩倉(cāng)結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度為210.35m，總寬度為60.45m，呈四行布置，共有48個(gè)六邊形，每16個(gè)六邊形為一組(圖1的G16)，共3組，每組群倉(cāng)間的凈距離為3.0m，六邊形單倉(cāng)邊長(zhǎng)l_c＝9.3m，倉(cāng)筒的有效高度h_c＝23.55m，如圖4所示，根據(jù)六邊形的內(nèi)切圓可計(jì)算六邊形鋼筒倉(cāng)的有效直徑可得六邊形鋼筒倉(cāng)單倉(cāng)長(zhǎng)細(xì)比h_c/d_c＝1.462，屬歐洲規(guī)范中深倉(cāng)和我國(guó)規(guī)范淺倉(cāng)的范疇。為便于比較，表中還列出了相同直徑d_c和高度h_c的圓形鋼筒倉(cāng)。兩種平面形狀的鋼筒倉(cāng)幾何參數(shù)詳見(jiàn)表1.1，表中倉(cāng)壁厚度經(jīng)多次試算確定，并假設(shè)為階梯形分布。

表1.1鋼筒倉(cāng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)一覽表

該工程為發(fā)電廠，筒倉(cāng)中的散料為煤炭，分析采用歐洲設(shè)計(jì)規(guī)范系列，參考?xì)W洲規(guī)范的設(shè)計(jì)條件，假設(shè)倉(cāng)壁表面等級(jí)為D1，作用評(píng)估等級(jí)為AAC2，各鋼筒倉(cāng)分析時(shí)所采用的物理力學(xué)參數(shù)可確定如下表1.2所列。

表1.2散料物理力學(xué)參數(shù)一覽(物料：煤炭)

對(duì)六邊形鋼筒倉(cāng)而言，由于其倉(cāng)壁為平面，倉(cāng)壁不僅作用有散料產(chǎn)生的平面內(nèi)豎向摩擦力還作用有平面外水平壓力。由平板的結(jié)構(gòu)特性可知，倉(cāng)壁的平面外剛度較小，為提高倉(cāng)壁的平面外剛度，需要設(shè)置水平向和豎向加勁肋以抵抗倉(cāng)壁表面的散料水平壓力。此外，六邊形鋼筒倉(cāng)和圓形鋼筒倉(cāng)的有限元模型也存在較大差異，分析中假設(shè)六邊形單倉(cāng)的倉(cāng)底為固支，為分析方便，在六邊形鋼筒倉(cāng)有限元模型中不包含倉(cāng)頂屋面等結(jié)構(gòu)，但模型中包括抗風(fēng)環(huán)梁及各種水平和豎向加勁肋。采用大型商業(yè)有限元軟件ANSYS進(jìn)行分析，根據(jù)六邊形平面形狀及荷載分布特點(diǎn)，數(shù)值分析采用整體有限元模型，如圖5所示，結(jié)構(gòu)中的倉(cāng)壁采用殼單元SHELL93模擬，而各種加勁肋(包括風(fēng)梁)則采用梁?jiǎn)卧狟EAM189模擬。在數(shù)值分析計(jì)算中，通過(guò)弧長(zhǎng)法(arc length method)來(lái)跟蹤非線(xiàn)性穩(wěn)定分析的荷載-位移全過(guò)程曲線(xiàn)。

2、六邊形單倉(cāng)結(jié)構(gòu)選型及穩(wěn)定性能

2.1等長(zhǎng)細(xì)比圓形鋼筒倉(cāng)分析

為便于比較，本工程實(shí)例同時(shí)給出相同長(zhǎng)細(xì)比的圓形鋼筒倉(cāng)有限元分析結(jié)果，圓形鋼筒倉(cāng)分析采用的幾何參數(shù)見(jiàn)表1.1所示，壁厚采用階梯型分布形式，倉(cāng)壁沿豎向共分為8段，分段的高度自上而下分別為2.55、3.0、3.0、3.0、3.0、3.0、3.0、3.0m，對(duì)應(yīng)壁厚分別為4.0、4.0、5.0、5.0、6.0、6.0、7.0、8.0mm，等效厚度為5.66mm，圓形鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁未設(shè)置加勁肋。根據(jù)鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)在軸對(duì)稱(chēng)散料荷載作用下的變形云圖，可知結(jié)構(gòu)的變形也是軸對(duì)稱(chēng)的，最大徑向位移發(fā)生在倉(cāng)壁底部，約為3.8mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的位移限值。圓形鋼筒倉(cāng)在穩(wěn)定分析GMNA下的屈曲模態(tài)如圖6所示，倉(cāng)壁發(fā)生彈塑性變形，倉(cāng)底為典型的“象腳破壞”模式，臨界屈曲荷載系數(shù)λ_cr約為1.78，考慮焊接初始幾何缺陷的影響后，其臨界屈曲荷載系數(shù)λ_cr約為1.68，滿(mǎn)足歐洲規(guī)范對(duì)穩(wěn)定承載力的要求。

2.2單倉(cāng)的結(jié)構(gòu)選型及穩(wěn)定性能

圓形鋼筒倉(cāng)是典型的薄殼結(jié)構(gòu)，殼單元是結(jié)構(gòu)的主要受力部分，而加勁肋(如果設(shè)置)則是一種提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的措施。而對(duì)六邊形鋼筒倉(cāng)，由于結(jié)構(gòu)不再是軸對(duì)稱(chēng)的，先前針對(duì)圓形鋼筒倉(cāng)的研究成果將可能不再適用，本工程實(shí)例主要針對(duì)六邊形鋼筒倉(cāng)采用多種模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，力求尋找針對(duì)六邊形鋼筒倉(cāng)穩(wěn)定承載能力最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)六邊形鋼筒倉(cāng)的平面形狀以及倉(cāng)壁表面散料壓力的分布形式，對(duì)擬分析的六邊形鋼筒倉(cāng)可能采用的結(jié)構(gòu)形式有：

薄殼結(jié)構(gòu)：與圓形鋼筒倉(cāng)相同，結(jié)構(gòu)的有限元模型中僅包含殼體單元，結(jié)構(gòu)的承載能力由組成倉(cāng)壁的薄殼單元承擔(dān)。

框架-薄殼結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)形式的有限元模型中不僅包括殼體單元還包括各種梁?jiǎn)卧?，結(jié)構(gòu)的承載能力由組成倉(cāng)壁的薄殼單元和組成各種加勁肋的梁?jiǎn)卧餐袚?dān)，兩種單元協(xié)調(diào)變形、協(xié)調(diào)受力，組成新的結(jié)構(gòu)形式，也簡(jiǎn)稱(chēng)為框殼結(jié)構(gòu)。本工程實(shí)例對(duì)框殼結(jié)構(gòu)采用三種不同的框架梁柱布置和截面分布形式(圖7)進(jìn)行分析。

框架結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)形式的有限元模型中僅包含梁?jiǎn)卧?，結(jié)構(gòu)的承載能力由組成加勁肋的梁?jiǎn)卧袚?dān)。

本工程實(shí)例對(duì)以上三種可能的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行線(xiàn)性靜力(LA)和屈曲分析。屈曲分析的類(lèi)型僅考慮幾何完善模型，即主要考慮以下3種類(lèi)型的屈曲分析：

1)LA-線(xiàn)彈性靜力分析；

2)LBA-幾何完善鋼筒倉(cāng)的線(xiàn)性分支屈曲分析；

3)GNA-幾何完善鋼筒倉(cāng)的幾何非線(xiàn)性、彈性靜力屈曲分析；

4)GMNA-幾何完善鋼筒倉(cāng)的幾何非線(xiàn)性、彈塑性靜力屈曲分析。

2.2.1六邊形鋼筒倉(cāng)-薄殼結(jié)構(gòu)

六邊形鋼筒倉(cāng)采用殼體結(jié)構(gòu)，單倉(cāng)的幾何尺寸見(jiàn)表1.1及圖4，倉(cāng)壁分段數(shù)及各分段厚度同上節(jié)圓形鋼筒倉(cāng)，六邊形單倉(cāng)在線(xiàn)彈性分析(LA)下的變形形狀如圖8所示，變形受倉(cāng)底和倉(cāng)頂邊界條件的影響非常明顯，主要是各倉(cāng)壁的外鼓變形，最大變形約發(fā)生在倉(cāng)壁的中上部，最大側(cè)向位移約為357.6m，為相同長(zhǎng)細(xì)比圓形鋼筒倉(cāng)最大徑向位移的9萬(wàn)多倍；倉(cāng)壁水平向應(yīng)力不但沿豎向分布不均勻，而且在同一高度處沿水平向分布也是不均勻的，倉(cāng)壁水平應(yīng)力的最大值約在高度的2/3處，發(fā)生在兩條倉(cāng)壁交界的邊界處，在倉(cāng)壁中部最小，最大值與最小值的比值約為2.5；六邊形鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)抵抗散料壓力的側(cè)向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓形鋼筒倉(cāng)的側(cè)向剛度，由于六邊形鋼筒倉(cāng)存在著棱角邊界，引起了應(yīng)力分布的顯著不均勻和應(yīng)力集中，這些特性必然會(huì)顯著降低六邊形鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力。這也從另一角度說(shuō)明，對(duì)圓形鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)有利的水平內(nèi)壓，在六邊形鋼筒倉(cāng)中成為最不利的控制荷載，該六邊形薄殼鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)在散料荷載作用下的GMNA屈曲臨界荷載系數(shù)僅為0.19。

由以上分析可知，當(dāng)圓形鋼筒倉(cāng)和六邊形鋼筒倉(cāng)采用薄殼結(jié)構(gòu)且采用相同的壁厚分布時(shí)，六邊形鋼筒倉(cāng)的側(cè)向剛度及穩(wěn)定承載能力顯著降低，水平內(nèi)壓成為控制六邊形鋼筒倉(cāng)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的最不利荷載之一，對(duì)本算例而言，在GMNA分析下，六邊形單倉(cāng)的臨界屈曲荷載系數(shù)僅為圓形鋼筒倉(cāng)的臨界屈曲荷載系數(shù)的1/9.5，因而薄殼結(jié)構(gòu)并不適用于六邊形鋼筒倉(cāng)。

2.2.2六邊形鋼筒倉(cāng)-框殼結(jié)構(gòu)

上述六邊形鋼筒倉(cāng)采用殼體結(jié)構(gòu)的剛度及穩(wěn)定承載力很低，自然可以想到，在倉(cāng)壁設(shè)置加勁肋可以提高鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度及穩(wěn)定性能。需要說(shuō)明的是圓形鋼筒倉(cāng)中加勁肋的作用主要是提高倉(cāng)壁的穩(wěn)定承載力，倉(cāng)壁殼單元是主要的受力構(gòu)件，加勁肋是次要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是一種構(gòu)造措施。

現(xiàn)介紹帶加勁肋六邊形鋼筒倉(cāng)與帶加勁肋圓形鋼筒倉(cāng)有著本質(zhì)的區(qū)別，帶加勁肋的圓形鋼筒倉(cāng)中，倉(cāng)壁殼單元為主要受力構(gòu)件，而加勁肋僅是為了提高結(jié)構(gòu)的整體或局部穩(wěn)定承載力而設(shè)置的附加措施，因而本質(zhì)上仍是薄殼結(jié)構(gòu)。帶加勁肋六邊形鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)為薄殼單元和框架梁?jiǎn)卧?加勁肋)共同抵抗散料荷載，框架和與框架相連的薄殼單元共同工作協(xié)調(diào)變形，因而是一種新穎的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，本發(fā)明稱(chēng)為框架-薄殼結(jié)構(gòu)或簡(jiǎn)稱(chēng)框殼結(jié)構(gòu)。在框殼結(jié)構(gòu)中，殼體單元的受力更加復(fù)雜，一方面它承受散料荷載的直接作用，并把散料荷載傳遞給相鄰的框架結(jié)構(gòu)單元，另一方面，殼體單元與框架梁?jiǎn)卧餐芰?，可以顯著提高框架結(jié)構(gòu)的整體剛度，特別是抗扭剛度，因而是一種新穎的組合結(jié)構(gòu)。

在六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)中，同樣假設(shè)倉(cāng)壁分段的高度不超過(guò)3.0m，這樣倉(cāng)壁沿豎向共分為8段，每段倉(cāng)壁的交界處設(shè)置水平加勁肋共8條，如圖7中（a）所示。豎向加勁肋的布置方式假設(shè)為如下三種形式：框殼結(jié)構(gòu)1僅在六邊形倉(cāng)壁的交界處(棱角處)設(shè)置豎向加勁肋，因而共設(shè)置6根豎向加勁肋；框殼結(jié)構(gòu)2除在六邊形倉(cāng)壁的交界處設(shè)置豎向加勁肋以外，同時(shí)還在各邊的中間位置也設(shè)置豎向加勁肋，因而共設(shè)置12根豎向加勁肋；框殼結(jié)構(gòu)3除在六邊形倉(cāng)壁的交界處設(shè)置豎向加勁肋外，同時(shí)還在各邊的1/3分段位置也設(shè)置豎向加勁肋，因而共設(shè)置18根豎向加勁肋，加勁肋的截面布置詳見(jiàn)圖7中(b)所示。三種框殼結(jié)構(gòu)中水平加勁肋的布置是相同的，框殼結(jié)構(gòu)1中豎向加勁肋的間距為9.3m，框殼結(jié)構(gòu)2中豎向加勁肋的間距為4.65m，框殼結(jié)構(gòu)3中豎向加勁肋的間距為3.1m。在數(shù)值分析中橫向及縱向加勁肋采用BEAM189單元離散，倉(cāng)壁采用SHELL93離散。由于在框殼結(jié)構(gòu)中，水平和豎向加勁肋構(gòu)成框架，為便于表達(dá)，下文中水平加勁肋稱(chēng)為框架梁，豎向加勁肋稱(chēng)為框架柱。

框殼結(jié)構(gòu)1中的梁柱布置及截面分布見(jiàn)圖7中（a）和7中（b）所示，框架梁柱均采用方形鋼管截面BOX。經(jīng)線(xiàn)性分析(LA)，框殼結(jié)構(gòu)1中倉(cāng)壁的最大側(cè)向位移約為0.385m，發(fā)生在倉(cāng)壁的中下部；鋼筒倉(cāng)在屈曲分析LBA、GNA、GMNA下的屈曲模態(tài)見(jiàn)圖9所示，其中線(xiàn)性分支屈曲LBA的第一階屈曲模態(tài)為倉(cāng)壁的反對(duì)稱(chēng)局部屈曲，主要發(fā)生在倉(cāng)壁下部區(qū)域；GNA考慮了幾何非線(xiàn)性，GMNA同時(shí)考慮幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性，兩者的屈曲模態(tài)基本類(lèi)似，結(jié)構(gòu)的變形主要是倉(cāng)壁的整體彎曲變形，散料的水平壓力使原六邊形倉(cāng)壁發(fā)生圓筒化變形的趨勢(shì)，其中倉(cāng)壁中上部變形最大，最大平面外位移發(fā)生在倉(cāng)壁頂部中間部位節(jié)點(diǎn)，而倉(cāng)壁下部由于受邊界約束的影響，有保持原來(lái)六邊形形狀的趨勢(shì)。

框殼結(jié)構(gòu)1在屈曲分析LBA、GNA、GMNA下的臨界屈曲荷載系數(shù)見(jiàn)表1.3所示，由表可見(jiàn)，由于線(xiàn)性分支屈曲為倉(cāng)壁殼體單元的局部屈曲，結(jié)構(gòu)的整體承載能力沒(méi)有發(fā)揮，因而其臨界屈曲荷載系數(shù)很小，它不是結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲的真實(shí)變形形狀，另外，由于線(xiàn)性屈曲發(fā)生在底部部位，主要是倉(cāng)壁局部屈曲引起，因而總可以通過(guò)優(yōu)化該部分倉(cāng)壁厚度而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。同時(shí)GNA分析結(jié)果表明，考慮幾何非線(xiàn)性時(shí)，結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)有很大提高，GNA分析時(shí)的臨界屈曲荷載系數(shù)相對(duì)于LBA分析時(shí)，提高了約12多倍?？紤]幾何非線(xiàn)性及材料非線(xiàn)性的GMNA分析表明，材料非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載是非常不利的，它使結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)顯著降低，對(duì)框殼結(jié)構(gòu)1，GMNA分析時(shí)的臨界屈曲荷載系數(shù)僅為GNA分析時(shí)臨界屈曲荷載系數(shù)的0.31倍，即材料非線(xiàn)性的不利作用使結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載系數(shù)降低約69％?？驓そY(jié)構(gòu)1在GMNA分析下的臨界屈曲荷載系數(shù)僅為0.55，遠(yuǎn)小于規(guī)范對(duì)穩(wěn)定設(shè)計(jì)整體安全系數(shù)的要求。表明倉(cāng)壁的側(cè)向剛度較小，需要對(duì)倉(cāng)壁進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

表1.3框殼結(jié)構(gòu)屈曲臨界荷載系數(shù)λ_cr

2.2.3六邊形鋼筒倉(cāng)-框殼結(jié)構(gòu)

框殼結(jié)構(gòu)2中的框架梁柱布置及截面分布分別見(jiàn)圖7中（a）和（b）所示，框架梁柱也采用方形鋼管截面BOX，在線(xiàn)性分析中倉(cāng)壁的最大側(cè)向位移約為0.320m，發(fā)生在倉(cāng)壁的中下部；鋼筒倉(cāng)在屈曲分析LBA、GNA、GMNA下的屈曲模態(tài)見(jiàn)圖10所示，其中線(xiàn)性分支屈曲LBA的第一階屈曲模態(tài)也為倉(cāng)壁的反對(duì)稱(chēng)局部屈曲，主要發(fā)生在倉(cāng)壁下部區(qū)域，與框殼結(jié)構(gòu)1相比，由于跨中豎向加勁肋的影響，倉(cāng)壁在水平方向的屈曲更加局部化，在周向引起了兩個(gè)變形的局部區(qū)域；非線(xiàn)性屈曲分析GNA、GMNA的屈曲模態(tài)與框殼結(jié)構(gòu)1類(lèi)似，均使結(jié)構(gòu)發(fā)生圓筒形狀變化的趨勢(shì)?？驓そY(jié)構(gòu)2在屈曲分析LBA、GNA、GMNA下的臨界屈曲荷載系數(shù)見(jiàn)表1.3所示，結(jié)果也表明，幾何非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載是有利的，而材料非線(xiàn)性則是顯著不利的。

另外，框殼結(jié)構(gòu)2在GMNA分析下的臨界屈曲荷載系數(shù)增大為0.93，與框殼結(jié)構(gòu)1相比，屈曲臨界荷載系數(shù)約提高70％，表明跨中豎向加勁肋的作用非常明顯，主要原因在于：框殼結(jié)構(gòu)1中的水平加勁肋的跨度為六邊形鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁的邊長(zhǎng)，即為9.3m，而在框殼結(jié)構(gòu)2中由于跨中豎向加勁肋的設(shè)置，水平加勁肋的跨度為六邊形鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁邊長(zhǎng)的一半，即為4.65m，跨度大大減少，而倉(cāng)壁的側(cè)向剛度主要受水平加勁肋的影響較大，水平加勁肋的跨度減小，其側(cè)向剛度必顯著增強(qiáng)，表現(xiàn)為屈曲特性上即是結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)顯著提高?？驓そY(jié)構(gòu)2在GMNA分析下的臨界屈曲荷載系數(shù)仍小于規(guī)范對(duì)穩(wěn)定設(shè)計(jì)整體安全系數(shù)的要求，表明結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度仍需要進(jìn)一步提高。

2.2.4六邊形鋼筒倉(cāng)-框殼結(jié)構(gòu)

框殼結(jié)構(gòu)3中的框架梁柱布置及截面分布分別見(jiàn)圖7中（a）和（b）所示，梁柱也采用方形鋼管截面BOX，在線(xiàn)性分析中倉(cāng)壁最大側(cè)向位移約為0.280m，發(fā)生在倉(cāng)壁的中下部；鋼筒倉(cāng)在屈曲分析LBA、GNA、GMNA下的屈曲模態(tài)見(jiàn)圖11所示，其中線(xiàn)性分支屈曲LBA的第一階屈曲模態(tài)也為倉(cāng)壁殼單元的反對(duì)稱(chēng)局部變形，主要發(fā)生在倉(cāng)壁下部區(qū)域，與框殼結(jié)構(gòu)1和2相比，由于水平加勁肋跨度的進(jìn)一步減小，倉(cāng)壁在水平方向的屈曲更加局部化，屈曲僅在倉(cāng)壁跨度的中跨發(fā)生了局部變形，兩邊跨則未發(fā)生變形；非線(xiàn)性屈曲分析GNA、GMNA的屈曲模態(tài)與框殼結(jié)構(gòu)2類(lèi)似，均為倉(cāng)壁的整體彎曲變形?？驓そY(jié)構(gòu)3在屈曲分析LBA、GNA、GMNA下的臨界屈曲荷載系數(shù)見(jiàn)表1.3所示，結(jié)果也表明，幾何非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載也是有利的，而材料非線(xiàn)性則使結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載系數(shù)顯著降低。

另外，框殼結(jié)構(gòu)3在GMNA分析下的臨界屈曲荷載系數(shù)增大為1.66，稍大于規(guī)范對(duì)穩(wěn)定設(shè)計(jì)整體安全系數(shù)的要求；與框殼結(jié)構(gòu)2相比，框殼結(jié)構(gòu)3中水平加勁肋的跨度由4.65m減小為3.10m，其側(cè)向剛度增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)約提高78％?？梢宰C明，當(dāng)在倉(cāng)壁中間設(shè)置3道或以上豎向加勁肋時(shí)，即倉(cāng)壁水平加勁肋的跨度進(jìn)一步減小，隨著倉(cāng)壁的側(cè)向剛度增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載系數(shù)會(huì)進(jìn)一步提高。但考慮實(shí)際工程施工及設(shè)計(jì)等條件，本申請(qǐng)采用水平加勁肋跨度為3.1m時(shí)的框殼結(jié)構(gòu)3，可滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)整體安全系數(shù)的要求。

2.2.5六邊形鋼筒倉(cāng)-框架結(jié)構(gòu)

上述三種六邊形鋼筒倉(cāng)采用框殼結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)體系中，倉(cāng)壁殼單元和框架梁?jiǎn)卧獏f(xié)調(diào)工作，共同提供抵抗散料荷載的平面外和平面內(nèi)剛度。為了說(shuō)明倉(cāng)壁殼單元和框架梁?jiǎn)卧遣豢苫蛉钡模僭O(shè)框架梁柱的布置及截面同框殼結(jié)構(gòu)3中的框架結(jié)構(gòu)，如圖7。分析中僅考慮框架梁柱的剛度，而忽略倉(cāng)壁殼單元的剛度，即對(duì)六邊形鋼筒倉(cāng)采用框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。六邊形鋼筒倉(cāng)框架結(jié)構(gòu)在GMNA屈曲分析下的屈曲臨界荷載系數(shù)僅為0.52，對(duì)應(yīng)的屈曲模態(tài)如圖12所示。結(jié)果表明，由于計(jì)算中忽略了倉(cāng)壁殼單元的作用，結(jié)構(gòu)的整體剛度顯著降低，六邊形鋼筒倉(cāng)框架結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)為穩(wěn)定承載力很低的整體扭轉(zhuǎn)變形；盡管六邊形倉(cāng)壁殼單元對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力的貢獻(xiàn)比圓形鋼筒倉(cāng)中倉(cāng)壁殼單元對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力的貢獻(xiàn)相對(duì)小得多，但在六邊形鋼筒倉(cāng)中，倉(cāng)壁殼單元是結(jié)構(gòu)組成中不可或缺的一部分，它對(duì)保證倉(cāng)壁和框架加勁肋協(xié)同工作共同抵抗外荷載至關(guān)重要，因而在實(shí)際分析中應(yīng)充分考慮六邊形鋼筒倉(cāng)中倉(cāng)壁殼單元和框架梁?jiǎn)卧墓餐饔?，采用框殼結(jié)構(gòu)體系。

2.2.6框殼結(jié)構(gòu)鋼筒倉(cāng)荷載-位移全過(guò)程特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)的屈曲特性總是和其荷載-位移全過(guò)程響應(yīng)密切相關(guān)的，上述三類(lèi)框殼結(jié)構(gòu)在散料荷載作用下的荷載-位移曲線(xiàn)如圖13所示(GMNA分析結(jié)果)，其中監(jiān)控位移點(diǎn)取自倉(cāng)壁最大側(cè)向撓度對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。由圖可見(jiàn)，三類(lèi)框殼結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線(xiàn)都是高度非線(xiàn)性的，框殼結(jié)構(gòu)1的屈曲臨界荷載系數(shù)λ_cr很小，僅為0.55，主要是由于倉(cāng)壁框架梁跨度較大而側(cè)向剛度較弱引起；由于在倉(cāng)壁中部設(shè)置了豎向加勁肋，框殼結(jié)構(gòu)2中的水平連系梁跨度減小為4.65m，因而側(cè)向剛度顯著提高，屈曲臨界荷載系數(shù)λ_cr增大到0.93，與框殼結(jié)構(gòu)1相比，λ_cr約提高了0.7倍。當(dāng)在倉(cāng)壁繼續(xù)增加豎向加勁肋而使水平框架梁進(jìn)一步減小后，倉(cāng)壁側(cè)向剛度仍會(huì)繼續(xù)增大，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載系數(shù)進(jìn)一步提高。如框殼結(jié)構(gòu)3在倉(cāng)壁中部設(shè)置了兩道豎向加勁肋，水平連系梁的跨度減小為3.1m，結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載系數(shù)λ_cr增大到1.66，與框殼結(jié)構(gòu)2相比，λ_cr約提高78％。這個(gè)屈曲臨界荷載系數(shù)能滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的要求。

框殼結(jié)構(gòu)荷載-位移全過(guò)程響應(yīng)反映了結(jié)構(gòu)屈曲的過(guò)程特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的荷載-位移全過(guò)程曲線(xiàn)及曲線(xiàn)的斜率都反映了變形過(guò)程中結(jié)構(gòu)剛度的相對(duì)變化，如圖14所示為曲線(xiàn)斜率隨結(jié)構(gòu)變形的變化過(guò)程，以框殼結(jié)構(gòu)3為例，結(jié)構(gòu)屈曲的全過(guò)程可分為如下三個(gè)典型的階段：

1)線(xiàn)性階段：在結(jié)構(gòu)承受荷載的初始階段，結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)與散料荷載基本呈線(xiàn)性關(guān)系，在圖13上表現(xiàn)為一段水平直線(xiàn)，即該段曲線(xiàn)的斜率為常數(shù)，但相對(duì)結(jié)構(gòu)的全過(guò)程，線(xiàn)性階段的范圍較小，線(xiàn)性段荷載系數(shù)最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相應(yīng)位移w₀約為3.5t_m，其中t_m為六邊形倉(cāng)壁的平均厚度，對(duì)應(yīng)的荷載系數(shù)僅約為0.15。倉(cāng)壁殼單元由于彎曲變形較小，平面外剛度也較小，這一階段的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度主要由框架單元提供。在該范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的變形也基本處于彈性范圍，倉(cāng)壁最大Mise應(yīng)力約為300MPa，發(fā)生在兩條倉(cāng)壁交匯處的中部位置，倉(cāng)壁應(yīng)力沿水平和豎向的分布都是不均勻的。

2)強(qiáng)化階段：當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載超過(guò)線(xiàn)性階段的最大荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線(xiàn)表現(xiàn)為顯著的非線(xiàn)性特性。相對(duì)結(jié)構(gòu)的全過(guò)程，強(qiáng)化階段的范圍很大，其荷載系數(shù)最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大位移w_max約為110.0t_m，對(duì)應(yīng)的荷載系數(shù)約為1.66。強(qiáng)化階段又可以細(xì)分為兩個(gè)子階段：前強(qiáng)化階段和后強(qiáng)化階段，該階段荷載位移曲線(xiàn)的斜率均為正值，如圖14。

前強(qiáng)化階段在荷載-位移曲線(xiàn)上的主要特征是結(jié)構(gòu)位移顯著增加而相應(yīng)的荷載增量越來(lái)越小，曲線(xiàn)在圖形上為上凸，即曲線(xiàn)的二階導(dǎo)數(shù)為負(fù)值，表現(xiàn)為曲線(xiàn)的斜率逐漸變小，但斜率仍為正值，如圖14所示，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度有減小的趨勢(shì)。這一階段的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度主要由框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而倉(cāng)壁殼單元發(fā)生了一定的彎曲變形，薄膜效應(yīng)逐漸對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，可對(duì)結(jié)構(gòu)提供一部分側(cè)向剛度，這一特征以側(cè)向位移w₁約為40.0t_m時(shí)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的荷載系數(shù)約為0.4。

當(dāng)荷載繼續(xù)增加后，結(jié)構(gòu)進(jìn)入后強(qiáng)化階段，這一階段在荷載-位移曲線(xiàn)上的主要特征是結(jié)構(gòu)荷載增量顯著增加而相應(yīng)的位移增量越來(lái)越小，曲線(xiàn)在圖形上為下凸，即曲線(xiàn)的二階導(dǎo)數(shù)為正值，表現(xiàn)為曲線(xiàn)的斜率逐漸變大，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度隨位移增加而增大，如圖14所示。這一階段中倉(cāng)壁殼單元發(fā)生了很大的彎曲變形，薄膜效應(yīng)十分顯著，且隨著倉(cāng)壁彎曲變形的增大，薄膜效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)也逐漸增大，這一階段結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度主要由倉(cāng)壁薄殼單元和框架梁?jiǎn)卧餐峁貏e是在這一階段的末尾，荷載-位移曲線(xiàn)的斜率急劇增大，在最大側(cè)向位移w_max約為110.0t_m時(shí)，結(jié)構(gòu)的荷載系數(shù)取得最大，約為1.66。

3)衰減階段：在強(qiáng)化階段的末尾，結(jié)構(gòu)的荷載系數(shù)取得最大值，而后結(jié)構(gòu)的剛度突然變小并在位移基本無(wú)變化的情況下，荷載系數(shù)急劇減小至零。表明在這一階段，結(jié)構(gòu)喪失了承受荷載的能力。

上述六邊形框殼結(jié)構(gòu)鋼筒倉(cāng)在散料荷載作用下的屈曲過(guò)程曲線(xiàn)與圓形鋼筒倉(cāng)在散料荷載作用下的荷載-位移全過(guò)程曲線(xiàn)有著明顯的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：

1)圓形鋼筒倉(cāng)的荷載位移曲線(xiàn)是典型薄殼結(jié)構(gòu)的屈曲行為。六邊形鋼筒倉(cāng)的屈曲主要是由平面?zhèn)}壁屈曲引起的，圖13所示的結(jié)構(gòu)荷載-位移屈曲過(guò)程，實(shí)際上與帶加勁肋平板結(jié)構(gòu)的彎曲屈曲過(guò)程相類(lèi)似。六邊形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)的屈曲本質(zhì)上屬于平板結(jié)構(gòu)的屈曲行為。

2)六邊形框殼結(jié)構(gòu)鋼筒倉(cāng)屈曲延性要顯著優(yōu)于圓形鋼筒倉(cāng)。以往研究表明，與六邊形鋼筒倉(cāng)長(zhǎng)細(xì)比接近的圓形鋼筒倉(cāng)的屈曲臨界位移約為1.83t_m，而六邊形框殼結(jié)構(gòu)鋼筒倉(cāng)屈曲時(shí)的最大側(cè)向位移w_max可達(dá)約110.0t_m，因而結(jié)構(gòu)延性顯著優(yōu)于圓形鋼筒倉(cāng)。

3組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能

根據(jù)上述對(duì)六邊形單倉(cāng)在散料荷載作用下的穩(wěn)定性能的分析，指出了圓形鋼筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能要顯著優(yōu)于相同長(zhǎng)細(xì)比的六邊形單倉(cāng)，而兩種平面形狀的鋼筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)體系也發(fā)生了顯著變化，即圓形鋼筒倉(cāng)的受力體系主要是薄殼結(jié)構(gòu)，而六邊形鋼筒倉(cāng)的受力體系主要是框殼結(jié)構(gòu)。然而，研究六邊形單倉(cāng)的意義顯然不僅于此，由于六邊形單倉(cāng)在平面組合上的便宜性和優(yōu)越性，理論上六邊形單倉(cāng)在平面上可以通過(guò)任意數(shù)目的組合而生成設(shè)計(jì)形狀的群倉(cāng)，常見(jiàn)的組合群倉(cāng)如圖1-2所示。下面介紹一下單倉(cāng)個(gè)數(shù)為兩個(gè)(G2)、三個(gè)(G3)等基本組合數(shù)時(shí)，各組合群倉(cāng)在散料荷載作用下的穩(wěn)定性能，繼而歸納出蜂窩形組合群倉(cāng)的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3.1兩倉(cāng)組合群倉(cāng)

六邊形單倉(cāng)是集束式蜂窩形鋼筒倉(cāng)組成的基本單元，而兩倉(cāng)組合群倉(cāng)是最簡(jiǎn)單的組合群倉(cāng)，也是群倉(cāng)結(jié)構(gòu)分析的一個(gè)重要組成部分，根據(jù)群倉(cāng)中各單倉(cāng)裝卸料的相對(duì)關(guān)系，兩倉(cāng)組合群倉(cāng)主要有以下兩種分析工況，如圖15所示。為便于描述，現(xiàn)把群倉(cāng)中的單個(gè)六邊形倉(cāng)稱(chēng)為基倉(cāng)，以區(qū)別于上述的單倉(cāng)。

3.1.1分析工況

當(dāng)群倉(cāng)中的一個(gè)基倉(cāng)裝卸料，而另一基倉(cāng)為空倉(cāng)時(shí)，顯然這種情況下由于空倉(cāng)的支撐作用，工作基倉(cāng)的受力性能要明顯優(yōu)于單倉(cāng)，如圖15所示的工況1；當(dāng)群倉(cāng)中的兩個(gè)基倉(cāng)同時(shí)裝卸料時(shí)，顯然兩基倉(cāng)相鄰公共倉(cāng)壁兩側(cè)的散料豎向摩擦力相互疊加，因而要遠(yuǎn)大于單倉(cāng)的單側(cè)豎向摩擦力，而公共倉(cāng)壁兩側(cè)的散料水平壓力由于作用方向相反，當(dāng)兩基倉(cāng)同時(shí)裝卸料時(shí)而基本相互抵消，如圖15所示的工況2。這樣群倉(cāng)的公共倉(cāng)壁僅作用有疊加的散料豎向摩擦力而不存在水平散料壓力，而邊界倉(cāng)壁則同單倉(cāng)時(shí)相同，倉(cāng)壁上同時(shí)存在散料豎向摩擦力和水平向壓力。

由于群倉(cāng)倉(cāng)壁上散料荷載分布的這些顯著特點(diǎn)，公共倉(cāng)壁上的鋼板厚度和框架梁柱截面與其它邊界倉(cāng)壁存在一定差別，在分析過(guò)程中對(duì)公共倉(cāng)壁壁厚和框架梁柱截面作相應(yīng)優(yōu)化。

3.1.2穩(wěn)定性能

兩倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的LBA線(xiàn)性屈曲模態(tài)如圖16所示，由圖可見(jiàn)，工況1和工況2時(shí)的結(jié)構(gòu)屈曲變形都是高度局部化的，與單倉(cāng)的屈曲模態(tài)類(lèi)似，變形僅發(fā)生在結(jié)構(gòu)底部的倉(cāng)壁殼單元部位，且框架梁柱單元基本沒(méi)有變形；對(duì)工況1，局部變形主要發(fā)生在工作基倉(cāng)，而相連的空倉(cāng)則沒(méi)有發(fā)生變形，對(duì)工況2，局部變形也發(fā)生在兩個(gè)工作基倉(cāng)的底部。對(duì)局部變形外的其它區(qū)域則基本保持結(jié)構(gòu)的原有形狀。

兩倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在GNA和GMNA分析下的屈曲模態(tài)也與單倉(cāng)相應(yīng)的屈曲模態(tài)類(lèi)似，如圖17和圖18所示，結(jié)構(gòu)的變形主要表現(xiàn)為倉(cāng)壁的整體彎曲屈曲，倉(cāng)壁殼體單元和框架梁柱共同變形。對(duì)工況1而言，荷載作用的基倉(cāng)對(duì)臨近空倉(cāng)的變形有一定影響，使與之相連的空倉(cāng)倉(cāng)壁產(chǎn)生附加變形，反過(guò)來(lái)，空倉(cāng)也對(duì)臨近基倉(cāng)產(chǎn)生一定支撐作用，表現(xiàn)在變形上則是兩基倉(cāng)的公共倉(cāng)壁的平面外側(cè)移顯著小于荷載作用工作基倉(cāng)的其它各倉(cāng)壁的平面外側(cè)移；對(duì)工況2，兩相鄰基倉(cāng)均有散料荷載作用，因而互為支撐，且互相分擔(dān)相互傳來(lái)的部分荷載，作用的結(jié)果表現(xiàn)在屈曲模態(tài)上則是兩基倉(cāng)共同發(fā)生整體彎曲變形，相鄰公共倉(cāng)壁由于兩側(cè)水平向左右荷載的方向相反，因而其平面外變形很小。

另外，群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各工況下非線(xiàn)性GMNA分析的荷載-位移全過(guò)程基本與圖13類(lèi)似，但兩倉(cāng)組合群倉(cāng)模型顯得更加復(fù)雜，與單倉(cāng)結(jié)構(gòu)相比，其曲線(xiàn)在第二階段的荷載-位移響應(yīng)的斜率變小，結(jié)構(gòu)的基本特性沒(méi)有發(fā)生變化。

兩倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各荷載工況下的線(xiàn)性和非線(xiàn)性屈曲臨界荷載系數(shù)見(jiàn)表1.4所示，線(xiàn)性屈曲LBA分析的臨界屈曲荷載系數(shù)均小于非線(xiàn)性屈曲分析，主要原因在于兩者屈曲模態(tài)的顯著差異，在線(xiàn)性屈曲中，結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)為倉(cāng)壁的局部屈曲，結(jié)構(gòu)承載力沒(méi)有充分發(fā)揮，表現(xiàn)為臨界屈曲荷載系數(shù)很小。非線(xiàn)性屈曲分析表明，幾何非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力是有利的，與線(xiàn)性屈曲相比臨界屈曲荷載系數(shù)約提高15～20倍；而GMNA分析時(shí)的材料非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力是不利的，與GNA分析相比，臨界屈曲荷載系數(shù)約降低了約60％～78％，由于對(duì)這種結(jié)構(gòu)分析中總是存在大變形效應(yīng)并伴隨著倉(cāng)壁材料的彈塑性屈服，因而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力應(yīng)通過(guò)GMNA分析來(lái)考察(假設(shè)不考慮初始幾何缺陷)，按歐洲設(shè)計(jì)規(guī)范的要求承載力荷載系數(shù)不小于1.65。另外，兩倉(cāng)組合結(jié)構(gòu)在工況1、工況2時(shí)的臨界屈曲荷載系數(shù)也存在顯著差別，對(duì)工況1，由于空倉(cāng)對(duì)荷載作用的基倉(cāng)起一定的支撐作用，因而結(jié)構(gòu)在工況1時(shí)的GMNA屈曲臨界荷載系數(shù)比上節(jié)研究的單倉(cāng)要高很多，同時(shí)也比工況2時(shí)的屈曲臨界荷載系數(shù)大很多，其臨界荷載屈曲系數(shù)約為工況2時(shí)的屈曲臨界荷載系數(shù)的2倍，這也說(shuō)明對(duì)兩倉(cāng)組合群倉(cāng)而言的最不利荷載工況為工況2，即兩倉(cāng)均為滿(mǎn)倉(cāng)。另外，與單倉(cāng)結(jié)構(gòu)相比，兩倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)體系也為框殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)倉(cāng)壁厚度與梁柱構(gòu)件的截面及尺寸基本相同，僅在公共倉(cāng)壁部位進(jìn)行了優(yōu)化。

表1.4兩倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)λ_cr

3.2三倉(cāng)組合群倉(cāng)

三倉(cāng)組合時(shí)，根據(jù)群倉(cāng)中各基倉(cāng)裝卸料的相對(duì)位置關(guān)系，主要有以下三種分析工況，如圖19所示。

3.2.1分析工況

當(dāng)群倉(cāng)中的一個(gè)基倉(cāng)裝卸料，而另兩基倉(cāng)為空倉(cāng)時(shí)，顯然這種情況下由于空倉(cāng)的支撐作用，工作基倉(cāng)的受力性能要明顯優(yōu)于單倉(cāng)，由于三個(gè)基倉(cāng)是關(guān)于公共角點(diǎn)中心對(duì)稱(chēng)的，因而三倉(cāng)的位置是等價(jià)的，這種情況只有一個(gè)工況，如圖19所示的工況1；當(dāng)群倉(cāng)中的兩個(gè)基倉(cāng)同時(shí)裝卸料時(shí)，顯然在兩基倉(cāng)相鄰的公共倉(cāng)壁的散料豎向摩擦力要遠(yuǎn)大于單倉(cāng)，而公共倉(cāng)壁的散料水平壓力則由于兩側(cè)基倉(cāng)散料的共同作用而基本抵消，由于三個(gè)基倉(cāng)的位置是等價(jià)的，這種情況也只有一個(gè)工況，如圖19所示的工況2。當(dāng)三個(gè)基倉(cāng)同時(shí)裝卸料時(shí)，此為滿(mǎn)倉(cāng)工況，如圖19所示的工況3。

3.2.2穩(wěn)定性能

三倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性屈曲模態(tài)如圖20所示，由圖可見(jiàn)，工況1～工況3時(shí)的結(jié)構(gòu)屈曲變形都是高度局部化的，變形僅發(fā)生在結(jié)構(gòu)底部的倉(cāng)壁部位，且框架梁柱單元基本沒(méi)有變形；對(duì)工況1，局部變形主要發(fā)生在工作基倉(cāng)，而相連的兩個(gè)空倉(cāng)則沒(méi)有變形；對(duì)工況2，局部變形發(fā)生在兩個(gè)工作的基倉(cāng)底部，而另一空倉(cāng)則沒(méi)有變形；對(duì)工況3，局部變形同時(shí)發(fā)生在三個(gè)工作基倉(cāng)的底部。局部變形區(qū)域外的部位則基本保持原有形狀。這也說(shuō)明了線(xiàn)性屈曲時(shí)倉(cāng)壁殼單元和框架梁柱單元的剛度沒(méi)有充分發(fā)揮，而使其臨界荷載系數(shù)顯著偏小。

三倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在GMNA分析下的屈曲模態(tài)如圖21所示，結(jié)構(gòu)的主要變形為倉(cāng)壁殼體和框架共同發(fā)生的整體彎曲變形。對(duì)工況1而言，荷載作用的基倉(cāng)對(duì)臨近兩個(gè)空倉(cāng)的變形有一定影響，使相連的空倉(cāng)倉(cāng)壁產(chǎn)生附加變形，空倉(cāng)也對(duì)臨近基倉(cāng)產(chǎn)生一定支撐，表現(xiàn)在變形上則是三基倉(cāng)的公共倉(cāng)壁的平面外側(cè)移顯著小于荷載作用基倉(cāng)的其它各邊平面外側(cè)移；對(duì)工況2，兩相鄰基倉(cāng)均有散料荷載作用，因而互為支撐，且互相分擔(dān)相互傳來(lái)的部分荷載，臨近空倉(cāng)對(duì)兩工作基倉(cāng)也起一定的支撐作用，作用的結(jié)果表現(xiàn)在屈曲模態(tài)上則是兩工作基倉(cāng)共同發(fā)生整體彎曲變形，相鄰公共倉(cāng)壁由于兩側(cè)水平向荷載的方向相反，因而其平面外變形很小，而空倉(cāng)也只在與工作基倉(cāng)相連的臨近倉(cāng)壁發(fā)生變形；滿(mǎn)倉(cāng)工況3的屈曲模態(tài)表現(xiàn)為三個(gè)工作基倉(cāng)共同發(fā)生彎曲變形，而三倉(cāng)的三個(gè)公共倉(cāng)壁由于兩側(cè)散料的水平壓力基本相互抵消，因而其平面外側(cè)移很小。結(jié)構(gòu)在幾何非線(xiàn)性GNA分析下的屈曲模態(tài)基本與圖21所示的變形形狀類(lèi)似，此不贅述。另外，群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各工況下非線(xiàn)性GMNA分析的荷載-位移全過(guò)程基本與圖13類(lèi)似，但三倉(cāng)組合時(shí)的分析模型顯得更加復(fù)雜，與單倉(cāng)結(jié)構(gòu)和兩倉(cāng)組合結(jié)構(gòu)相比，其曲線(xiàn)在第二階段的荷載-位移響應(yīng)的斜率變的更小，甚至難以追蹤，而結(jié)構(gòu)的基本屈曲特性沒(méi)有發(fā)生根本變化，仍屬于帶肋平板屈曲的范疇。

三倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各荷載工況下的線(xiàn)性和非線(xiàn)性屈曲臨界荷載系數(shù)見(jiàn)表1.5所示，由表可見(jiàn)，線(xiàn)性屈曲LBA分析的臨界屈曲荷載系數(shù)均小于非線(xiàn)性屈曲分析，主要原因在于兩者屈曲模態(tài)的顯著差異，在線(xiàn)性屈曲中，結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)為倉(cāng)壁的局部屈曲，而群倉(cāng)結(jié)構(gòu)主要靠框架梁?jiǎn)卧蛡}(cāng)壁殼體單元共同承受荷載的，因而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力沒(méi)有充分發(fā)揮，表現(xiàn)為臨界屈曲荷載系數(shù)很小。非線(xiàn)性屈曲分析表明，幾何非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力是有利的，與線(xiàn)性屈曲相比臨界屈曲荷載系數(shù)約提高13～15倍；而GMNA分析時(shí)的材料非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力是不利的，與GNA分析相比，臨界屈曲荷載系數(shù)約降低了約59％～73％，由于對(duì)這種結(jié)構(gòu)分析中總是存在大變形效應(yīng)并伴隨著材料的彈塑性屈服，因而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力應(yīng)通過(guò)GMNA分析來(lái)考察，按歐洲設(shè)計(jì)規(guī)范的要求承載力荷載系數(shù)不小于1.65。另外，三倉(cāng)組合結(jié)構(gòu)在工況1、工況2、工況3時(shí)的臨界屈曲荷載系數(shù)也存在顯著差別，對(duì)工況1，由于兩空倉(cāng)對(duì)荷載作用的基倉(cāng)起一定的支撐作用，因而結(jié)構(gòu)在工況1時(shí)的GMNA屈曲臨界荷載系數(shù)比上節(jié)研究的單倉(cāng)要高很多且也比兩倉(cāng)組合工況1時(shí)的屈曲臨界荷載系數(shù)略高；對(duì)工況2，臨近空倉(cāng)對(duì)兩工作基倉(cāng)也有一定的支撐作用，但與工況1相比，空倉(cāng)的有利作用要小很多，因而工況2時(shí)的屈曲臨界荷載系數(shù)比工況1約小31％；對(duì)工況3而言，在GMNA下的臨界荷載屈曲系數(shù)最小，其值約為工況2時(shí)的68％，且與工況1時(shí)的屈曲臨界荷載系數(shù)相比約減小52％，亦即三倉(cāng)組合群倉(cāng)時(shí)的最不利荷載工況為工況3，即三基倉(cāng)均為滿(mǎn)倉(cāng)。另外，與單倉(cāng)結(jié)構(gòu)和兩倉(cāng)組合結(jié)構(gòu)相比，三倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)體系也為框殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面及尺寸基本相同，也僅在公共倉(cāng)壁部位進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化。

表1.5三倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)λ_cr

4蜂窩形鋼筒倉(cāng)穩(wěn)定分析

上面描述了兩倉(cāng)和三倉(cāng)組合群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各種散料荷載工況下的穩(wěn)定性能。在蜂窩形鋼筒倉(cāng)中，其組成基倉(cāng)的個(gè)數(shù)較多，因而蜂窩形鋼筒倉(cāng)除具有上述單倉(cāng)、多倉(cāng)組合群倉(cāng)的一些結(jié)構(gòu)特征外，還可能具有其它一些顯著的特點(diǎn)?，F(xiàn)重點(diǎn)討論蜂窩形鋼筒倉(cāng)的分析工況及各分析工況下的穩(wěn)定性能。

4.1蜂窩形鋼筒倉(cāng)穩(wěn)定分析荷載工況

本實(shí)例蜂窩形筒倉(cāng)擬采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平面布置如圖3所示，蜂窩形筒倉(cāng)中單倉(cāng)的幾何尺寸見(jiàn)表1.1和圖4。由于蜂窩倉(cāng)中3組群倉(cāng)是相互獨(dú)立的(每組群倉(cāng)間凈距離為3.5m)，因而可取任一組進(jìn)行分析，即分析對(duì)象為G16組合群倉(cāng)。若按群倉(cāng)中各基倉(cāng)裝卸料的個(gè)數(shù)和各基倉(cāng)相對(duì)位置關(guān)系，其分析工況將達(dá)上百種，若對(duì)每種分析工況均詳加研究，其分析代價(jià)將是十分高昂的，再加上數(shù)值模型的復(fù)雜化，使得計(jì)算分析更加困難。組合群倉(cāng)的穩(wěn)定性能是由某些特定工況控制的，從而對(duì)有些工況的分析則是不必要的。由于最終各單倉(cāng)可采用相同設(shè)計(jì)，故只需考察群倉(cāng)中的單倉(cāng)設(shè)計(jì)?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)這些工況進(jìn)行歸納后，蜂窩形鋼筒倉(cāng)的分析工況可分為如下三種典型類(lèi)別。本實(shí)例選擇其中幾種典型的工況進(jìn)行分析，如圖22所示。各組分析工況主要包含以下含義：

1)工況1～工況6，為一個(gè)基倉(cāng)裝卸料，而其余15個(gè)基倉(cāng)為空倉(cāng)，它表示單個(gè)基倉(cāng)裝卸料時(shí)，其余各空倉(cāng)對(duì)單個(gè)工作基倉(cāng)的支撐作用。這些工況相應(yīng)于蜂窩倉(cāng)在卸料末尾階段的受荷狀態(tài)。

2)工況7～工況12，為一個(gè)基倉(cāng)為空倉(cāng)，而其余15個(gè)基倉(cāng)同時(shí)裝卸料，它表示單個(gè)基倉(cāng)空倉(cāng)時(shí)，其余各工作基倉(cāng)對(duì)單個(gè)空倉(cāng)的影響。這些工況相應(yīng)于蜂窩倉(cāng)在卸料中間階段的受荷狀態(tài)。

3)工況13，該工況表示16個(gè)基倉(cāng)同時(shí)裝卸料時(shí)的情況，它代表滿(mǎn)倉(cāng)工況。該工況相應(yīng)于蜂窩倉(cāng)在卸料開(kāi)始時(shí)的受荷狀態(tài)。

4.2蜂窩形鋼筒倉(cāng)的穩(wěn)定性能

4.2.1屈曲模態(tài)

蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性屈曲模態(tài)如圖23所示，各分析工況下的結(jié)構(gòu)屈曲變形都是高度局部化的，變形僅發(fā)生在結(jié)構(gòu)底部的倉(cāng)壁部位，且主要發(fā)生在工作基倉(cāng)的底部，群倉(cāng)中的框架梁?jiǎn)卧緵](méi)有發(fā)生變形；由于各工況下的屈曲模態(tài)基本相似，圖中僅給出了有代表性工況1、工況5、工況10、工況13時(shí)的屈曲模態(tài)。另外，除與工作基倉(cāng)相連的空倉(cāng)倉(cāng)壁發(fā)生一定的變形，空倉(cāng)的其余倉(cāng)壁則幾乎沒(méi)有變形。這說(shuō)明工作基倉(cāng)僅對(duì)與之相連的倉(cāng)壁產(chǎn)生一定影響，而對(duì)于不相連的倉(cāng)壁則幾乎沒(méi)有影響，亦即對(duì)工作基倉(cāng)起支撐作用的僅是與之相連的倉(cāng)壁，而相隔的倉(cāng)壁的支撐作用幾乎可以忽略，如圖23工況1、工況5。值得注意的是，工況7～工況12中，雖只有一個(gè)空倉(cāng)而其余均為工作基倉(cāng)，但并不是所有工作倉(cāng)都同時(shí)發(fā)生局部屈曲，盡管蜂窩形鋼筒倉(cāng)的公共倉(cāng)壁在相同高度處采用了相同的構(gòu)件幾何尺寸(如倉(cāng)壁厚度等)，如圖23所示工況10的屈曲模態(tài)，這說(shuō)明倉(cāng)壁的剛度不僅與其幾何尺寸有關(guān)，而且也與基倉(cāng)在群倉(cāng)中的位置密切相關(guān)；顯然這些部位的局部剛度較其余未屈曲倉(cāng)壁偏小，因而先于屈曲。局部變形區(qū)域外的部位則基本保持原有形狀。工況13代表了滿(mǎn)倉(cāng)工況，它的屈曲模態(tài)也間接印證了上述結(jié)論，不同之處在于，滿(mǎn)倉(cāng)工況時(shí)的局部屈曲可能在多處倉(cāng)壁的底部發(fā)生，也不是所有工作基倉(cāng)的倉(cāng)壁均發(fā)生局部屈曲。

蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在GMNA分析下的屈曲模態(tài)如圖24所示，結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)也主要表現(xiàn)為倉(cāng)壁殼單元和框架梁?jiǎn)卧餐l(fā)生的整體彎曲變形，圖中也僅給出了有代表性工況1、工況5、工況10、工況13時(shí)的屈曲模態(tài)。對(duì)工況1～工況6而言，它代表群倉(cāng)中僅有一個(gè)工作基倉(cāng)，而周?chē)諅}(cāng)對(duì)單個(gè)工作基倉(cāng)的影響，由圖可見(jiàn)，當(dāng)工作基倉(cāng)在群倉(cāng)中所處位置不同時(shí)，結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)也變化較大；當(dāng)工作基倉(cāng)處于群倉(cāng)的周邊時(shí)，由于工作基倉(cāng)存在多條倉(cāng)壁未與其余基倉(cāng)相連，因而這些倉(cāng)壁的側(cè)向剛度就弱很多，而工作基倉(cāng)中與周?chē)鶄}(cāng)相連倉(cāng)壁的側(cè)向剛度則大很多，表現(xiàn)在倉(cāng)壁側(cè)移上則是：未與周?chē)鶄}(cāng)相連的工作基倉(cāng)倉(cāng)壁的平面外位移顯著大于其余和周?chē)鶄}(cāng)相連的工作基倉(cāng)倉(cāng)壁的平面外位移。如圖中工況1所示工作基倉(cāng)，其左側(cè)平面外位移則顯著大于右側(cè)平面外位移，而對(duì)工況5而言，由于工作基倉(cāng)周邊均有其余空倉(cāng)支撐，其六個(gè)倉(cāng)壁的平面外位移幾乎相同。另外，由于其余基倉(cāng)對(duì)工作基倉(cāng)產(chǎn)生一定的支撐作用，因而工作基倉(cāng)也對(duì)周?chē)c之相連的基倉(cāng)的變形有一定影響，使相連的空倉(cāng)倉(cāng)壁產(chǎn)生附加變形。

工況7～工況12表示一個(gè)基倉(cāng)為空倉(cāng)而其余基倉(cāng)為工作倉(cāng)時(shí)，工作基倉(cāng)對(duì)單個(gè)空倉(cāng)的影響。這種情況下群倉(cāng)的倉(cāng)壁根據(jù)散料荷載的作用情況可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是公共倉(cāng)壁，其兩側(cè)均有散料荷載作用，但由于兩側(cè)水平作用散料荷載方向相反，因而水平向的散料荷載理論上可以相互抵消，而倉(cāng)壁兩側(cè)的豎向摩擦壓力則由于疊加而成倍增大；另一類(lèi)為單側(cè)散料荷載作用的倉(cāng)壁，在散料側(cè)有水平散料壓力和豎向摩擦壓力同時(shí)存在。這兩類(lèi)倉(cāng)壁的受力差異較大，對(duì)第一類(lèi)倉(cāng)壁而言，倉(cāng)壁上主要存在豎向摩擦力，因而其平面外變形很小；對(duì)第二類(lèi)倉(cāng)壁而言，散料水平壓力是影響結(jié)構(gòu)屈曲的控制荷載。圖24所示的屈曲模態(tài)表明，工作基倉(cāng)的倉(cāng)壁均發(fā)生整體彎曲變形，而與工作基倉(cāng)相連的空倉(cāng)倉(cāng)壁也產(chǎn)生較大的附加變形，附加變形的大小和空倉(cāng)在群倉(cāng)中的位置密切相關(guān)。

工況13表示滿(mǎn)倉(cāng)工況，它的屈曲模態(tài)表現(xiàn)為群倉(cāng)中周?chē)鞴ぷ骰鶄}(cāng)共同發(fā)生彎曲變形；而公共倉(cāng)壁由于兩側(cè)散料的水平壓力基本相互抵消，因而其平面外側(cè)移很小，群倉(cāng)中處于中間位置的基倉(cāng)變形則不明顯，這也說(shuō)明了對(duì)六邊形蜂窩鋼筒倉(cāng)穩(wěn)定性起控制作用的散料荷載為水平壓力而不是豎向摩擦力。另外，蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在幾何非線(xiàn)性GNA分析下的屈曲模態(tài)基本與圖24所示的同荷載工況的變形形狀類(lèi)似，此不贅述，該分析下的屈曲臨界荷載系數(shù)見(jiàn)表1.7所示。

蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)各工況下非線(xiàn)性GMNA分析的荷載-位移全過(guò)程基本與圖13類(lèi)似，屬于帶肋平板的彎曲屈曲行為，但它的分析模型顯得更加復(fù)雜，與上節(jié)研究的單倉(cāng)結(jié)構(gòu)和多倉(cāng)組合結(jié)構(gòu)相比，其曲線(xiàn)在第二階段的荷載-位移響應(yīng)的斜率變的更小，甚至難以追蹤，數(shù)值模型分析的節(jié)點(diǎn)和單元顯著增多，需要多次試算才能得到合理的結(jié)果。但蜂窩形筒倉(cāng)荷載-位移曲線(xiàn)表示的屈曲過(guò)程仍屬于平板彎曲屈曲的范疇。

4.2.2臨界屈曲荷載系數(shù)

蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各分析工況下的線(xiàn)性和非線(xiàn)性屈曲臨界荷載系數(shù)見(jiàn)表1.7所示，由表可見(jiàn)，線(xiàn)性屈曲LBA分析的臨界屈曲荷載系數(shù)亦均遠(yuǎn)小于非線(xiàn)性屈曲分析，主要原因在于線(xiàn)性與非線(xiàn)性屈曲模態(tài)的顯著差異，在線(xiàn)性屈曲中，結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)主要表現(xiàn)為單個(gè)或多個(gè)倉(cāng)壁的局部屈曲，而群倉(cāng)結(jié)構(gòu)主要靠框架梁?jiǎn)卧蜌んw單元共同承受散料荷載的，因而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力沒(méi)有充分發(fā)揮，表現(xiàn)為臨界屈曲荷載系數(shù)很小。非線(xiàn)性屈曲分析表明，幾何非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力是有利的，與線(xiàn)性屈曲相比臨界屈曲荷載系數(shù)約提高9～11倍；而GMNA分析時(shí)的材料非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力是顯著不利的，與GNA分析相比，臨界屈曲荷載系數(shù)約降低了約53％～54％。對(duì)蜂窩形鋼筒倉(cāng)而言，結(jié)構(gòu)的屈曲分析應(yīng)同時(shí)考慮幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性。

另外，蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)在各分析工況時(shí)的臨界屈曲荷載系數(shù)也存在顯著差別，對(duì)工況1～工況6，由于單個(gè)工作基倉(cāng)受周?chē)噙B空倉(cāng)的支撐作用，因而結(jié)構(gòu)在這些工況下的GMNA屈曲臨界荷載系數(shù)比上節(jié)研究的單倉(cāng)一般要高80％以上；對(duì)工況6～工況12，多個(gè)工作基倉(cāng)受單個(gè)空倉(cāng)的支撐作用很小，而周?chē)ぷ骰鶄}(cāng)對(duì)單倉(cāng)的影響較大，因而這些工況在GMNA分析下的臨界荷載屈曲系數(shù)與工況1～工況6相比小很多，其值一般約減小40％左右。工況13為滿(mǎn)倉(cāng)的情況，該工況在GMNA分析下的屈曲臨界荷載系數(shù)最小，工況1～工況6時(shí)的臨界荷載屈曲系數(shù)相比約減小45％～50％，亦即蜂窩形群倉(cāng)時(shí)的最不利荷載工況為工況13，即滿(mǎn)倉(cāng)工況。

表1.7蜂窩形群倉(cāng)結(jié)構(gòu)的臨界屈曲荷載系數(shù)λ_cr

5通過(guò)上述的分析得出本發(fā)明的有益效果是：

1)蜂窩形鋼筒倉(cāng)是一種新型的結(jié)構(gòu)形式，它采用薄殼單元和框架梁?jiǎn)卧餐挚股⒘虾奢d的結(jié)構(gòu)體系-框殼結(jié)構(gòu)。它與帶加勁肋圓形鋼筒倉(cāng)有著本質(zhì)的區(qū)別，帶加勁肋的圓形鋼筒倉(cāng)中，倉(cāng)壁殼單元為主要受力構(gòu)件，而加勁肋僅是為了提高結(jié)構(gòu)的整體或局部穩(wěn)定承載力而設(shè)置的附加措施，因而本質(zhì)上仍是薄殼結(jié)構(gòu)。在框殼結(jié)構(gòu)中，殼體單元與框架梁?jiǎn)卧餐芰Αf(xié)調(diào)變形，可以顯著提高框架結(jié)構(gòu)的整體剛度，特別是抗扭剛度，因而是一種可行的新型結(jié)構(gòu)形式。

2)框殼結(jié)構(gòu)的荷載-位移全過(guò)程與圓形鋼筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的屈曲全過(guò)程有顯著的差異，根據(jù)框殼結(jié)構(gòu)荷載-位移全過(guò)程響應(yīng)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)屈曲的過(guò)程可分為三個(gè)典型的階段：線(xiàn)性階段，強(qiáng)化階段，衰減階段。蜂窩形鋼筒倉(cāng)框殼結(jié)構(gòu)的屈曲本質(zhì)上屬于平板結(jié)構(gòu)的彎曲屈曲行為。

3)倉(cāng)壁散料豎向摩擦力是引起圓形鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁失穩(wěn)的最主要因素，倉(cāng)壁散料水平壓力主要引起圓形鋼筒倉(cāng)倉(cāng)壁周向拉應(yīng)力，因而在彈性范圍內(nèi)它對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是有利的。在六邊形鋼筒倉(cāng)中，散料水平壓力使倉(cāng)壁產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，水平壓力對(duì)結(jié)構(gòu)屈曲的影響一般比豎向摩擦力更為顯著。對(duì)圓形鋼筒倉(cāng)穩(wěn)定有利的散料水平內(nèi)壓，在六邊形鋼筒倉(cāng)中成為最不利荷載且為穩(wěn)定設(shè)計(jì)的主要控制荷載。

4)蜂窩形群倉(cāng)的荷載工況不但隨基倉(cāng)個(gè)數(shù)的增加而顯著增加，還與各基倉(cāng)在群倉(cāng)中排列的相對(duì)位置有關(guān)；群倉(cāng)中基倉(cāng)個(gè)數(shù)越多，結(jié)構(gòu)分析應(yīng)考慮的荷載工況越多。因而確定結(jié)構(gòu)分析的控制工況是有必要且具有現(xiàn)實(shí)意義的。對(duì)組合群倉(cāng)和蜂窩形群倉(cāng)的分析表明，對(duì)結(jié)構(gòu)的屈曲分析起控制的工況是滿(mǎn)倉(cāng)工況。

5)組合群倉(cāng)和蜂窩形倉(cāng)的屈曲承載力是由其組成單元，即六邊形基倉(cāng)的穩(wěn)定承載力控制的。因而對(duì)組合群倉(cāng)和蜂窩形群倉(cāng)中的單倉(cāng)可采用相同設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)化為單個(gè)六邊形基倉(cāng)的設(shè)計(jì)，然后再根據(jù)群倉(cāng)和蜂窩倉(cāng)的平面布置組合成設(shè)計(jì)形狀。

6)與大直徑圓形鋼筒倉(cāng)相比，六邊形蜂窩倉(cāng)可實(shí)現(xiàn)充分高效的利用土地。蜂窩形鋼筒倉(cāng)的最大優(yōu)點(diǎn)是多個(gè)六邊形鋼筒倉(cāng)的集束式建造，由于倉(cāng)壁是平面的，因此不再需要鋼板的彎曲。另外，倉(cāng)壁所采用的鋼板厚度多在20mm以?xún)?nèi)，與圓形鋼筒倉(cāng)相比其加工制作更加簡(jiǎn)單且施工質(zhì)量更容易保證，施工更方便、建造周期縮短。

7)蜂窩形鋼筒倉(cāng)具有顯著優(yōu)于大直徑圓形鋼筒倉(cāng)的特點(diǎn)：大直徑圓形鋼筒倉(cāng)采用帶倉(cāng)底卸料口的多點(diǎn)卸料方式，因而它的穩(wěn)定性主要是由大偏心卸料工況控制的。蜂窩形鋼筒倉(cāng)也可采用倉(cāng)底的多點(diǎn)卸料方式，各基倉(cāng)可同時(shí)或單獨(dú)裝卸料?；鶄}(cāng)卸料時(shí)產(chǎn)生的散料荷載對(duì)蜂窩形群倉(cāng)的影響范圍十分有限?；鶄}(cāng)卸料口與蜂窩倉(cāng)形心之間的偏心甚至大偏心對(duì)蜂窩形鋼筒倉(cāng)的影響是很小的。