龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
封闭式圆形煤场挡煤墙与屋面结构的相互作用分析
作者：马旻 尹谦钧
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第27期
【摘要】封闭式大直径圆形煤场在电力行业已经得到了较为广泛的应用，从土建结构角度来说，这种圆煤仓由挡煤墙和屋面结构两部分组成，为简化设计，挡煤墙设计和屋面结构通常是单独建立模型进行计算。为检验上述设计方法的正确性，本文对某电厂封闭式圆形煤场建立了包括挡煤墙、屋面结构和基础在内的整体有限元模型，来探讨挡煤墙和屋面结构间的相互作用。结果表明，屋面结构刚度相对挡煤墙而言很小，挡煤墙和屋面结构可以分开建模计算，挡煤墙设计时可忽略屋面结构刚度的影响，屋面结构设计时应考虑挡煤墙变形的影响。 【关键词】圆形封闭煤场，网壳，挡煤墙，刚度 前 言
封闭式大直径圆形煤场在电力行业已经得到了较为广泛的应用，从土建结构角度来说，这种圆煤仓由挡煤墙和屋面结构两部分组成，位于下部的挡煤墙结构主要承受煤侧压力和屋面结构传递的荷载，屋面结构主要承受自重、屋面荷载和风荷载等。
通常情况下，挡煤墙和屋面结构分开建模计算，也就是说，在挡煤墙设计时，仅考虑屋面结构传递的荷载而不考虑屋面结构刚度影响；在进行屋面结构设计时，通过在屋面结构支座施加约束位移来考虑挡煤墙变形的影响。这种做法的成立的前提条件是屋面结构刚度相对挡煤墙很小，对挡煤墙约束作用很低甚至可以忽略。
为检验上述假设的正确性，本文以某电厂直径120m的圆形煤仓为研究对象，利用MIDAS-Gen软件建立包括挡煤墙、屋面结构和基础在内的整体有限元模型，来探讨挡煤墙和屋面结构间的相互作用。 1.计算模型的简介
圆形煤仓内直径120m，挡煤墙高15.7m，洞口为8m（高）×8m（宽），通过计算得到堆满煤时，挡煤墙承受的煤侧压力为471kN/m，沿墙高呈倒三角形分布。季节升（或降）温差和内外壁温差均按20℃计算。墙体底部厚1.1m，顶部厚0.7m，厚度沿高度线性变化；环形承台宽度5.7m，厚度1.2m，顶环梁宽2m、高1m。墙体、顶环梁和环形承台混凝土强度等级为C30。桩为内外两排，共240根，沿圆周每3°一根，桩的水平刚度取为35kN/mm。屋面为球形双层网壳结构，设计跨度121.3m，矢高48.199m，厚度3.044m，沿圆周共设36个简直支座，支撑于由挡煤墙顶部伸出的混凝土柱上，混凝土柱截面高0.7m、宽1m。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
采用MIDAS-Gen有限元软件建立分析模型，见图3。模型中，用板单元模拟墙体，环梁和环形承台单元划分与墙体相协调。 2.屋面结构刚度对挡煤墙的影响
为讨论屋面结构刚度对挡煤墙影响，将挡煤墙在单独计算模型和整体模型（包括网壳结构在内）中煤压力和温度作用的组合工况的位移进行比较，单独模型的水平方向位移包络等值线见图1，整体模型的水平方向位移包络等值线见图2，
两个模型位移等值线分布十分接近，单独模型中最大值为10.4mm，整体模型中最大值为10.1mm，相差2.9%。可见，屋面结构的刚度相对挡煤墙来说是比较弱，挡煤墙计算分析时，可不考虑屋面结构刚度的影响。 3.挡煤墙对屋面结构的影响 1） 满仓煤工况
满仓煤工况下网壳杆件内力见图3，网壳杆件的最大压力为32kN，出现在挡煤墙洞口上方附近的径向下弦杆；最大拉力为19kN，与最大压力杆件两侧，相隔36度左右。其原因为洞口的存在使得挡煤墙刚度明显削弱，此处网壳支座相对变形较大，从而使此处网壳结构杆件产生较大内力；并且满仓煤作用下，洞口处挡煤墙顶的变形决定了网壳内力的这种分布。 2） 半仓煤工况
半仓煤堆煤位置的具有不确定性，通过对多个半仓煤工况加载分析，得到网壳杆件内力包络图（见图4），从包络图可以看出，网壳杆件的最大拉力为19kN，最大压力为32kN，均出现在支座位置处的径向上、下弦杆。 3） 温度作用工况
由于温度作用下挡煤墙结构变形相对较为均匀，网壳底部纬向下弦杆，最大拉力为152kN，最大压力为24kN，见图5。考虑温度作用时间长和混凝土徐变、裂缝等造成温度应力的释放进行折减后，杆件最大拉力为46kN，压力可忽略。 小 结
在煤压力和温度的各种荷载组合工况下杆件内力包络值见图7，网壳杆件最大拉力为55kN，出现在网壳底部边缘径向上下弦杆；最大压力为63kN，局限在洞口上方纬向下弦杆和网壳底部边缘径向上下弦杆件；其他位置处径向下弦杆内力值在50kN以内，其余杆件内力较小。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
结 论
本文建立了包括屋面结构和挡煤墙在内的整体有限元模型，通过与单独的挡煤墙计算模型中煤压力和温度作用下等工况下墙体变形情况做对比，了解了网架刚度对挡煤墙的影响；通过分析挡煤墙煤侧压力、温度作用等各种工况下网架杆件内力分布情况，分析了挡煤墙对屋面结构的影响，结论如下：
1）屋面结构的刚度相对挡煤墙来说很弱，挡煤墙计算分析时，可不考虑屋面结构刚度的影响。
2）屋面结构设计时，可将挡煤墙提供的支撑假定为理想铰支座，应考虑挡煤墙变形对杆件内力的影响，可采用对屋面结构支座施加强迫位移的方法考虑。
3）通过本文计算模型可知，挡煤墙变形引起屋面结构对杆件附加内力情况如下，径向上、下弦杆和底部边缘纬向上、下弦杆的附加拉（或压）力约为60kN，其余杆件约40kN。可供其他工程参考。
