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地下混凝土筒仓仓壁力学性能工程试验与数值分析
摘要
本文以一个地下混凝土筒仓为对象，进行了一系列的工程试验与数值分析，旨在研究该结构的仓壁的力学性能及其影响因素。在工程试验中，我们通过对仓壁的水平位移、内部应变、裂缝形态等方面的测试，得到了仓壁在不同载荷下的力学性能及变形行为。同时，我们利用数值分析方法，建立了一个三维模型并进行了有限元分析，得到了类似的结果，并对影响仓壁性能的一些关键因素进行了敏感度分析。最终，我们得出了一些关于地下混凝土筒仓仓壁力学性能的结论。
关键词：地下混凝土筒仓，仓壁，工程试验，数值分析，力学性能。
Abstract
Inthispaper,weconductedaseriesofengineeringexperimentsandnumericalanalysesonanundergroundconcretesilo,aimingtostudythemechanicalperformanceofthesilowallanditsinfluencingfactors.Intheengineeringexperiments,weobtainedthemechanicalperformanceanddeformationbehaviorofthesilowallsunderdifferentloadsbytestingthehorizontaldisplacement,internalstrain,crackpatterns,andotheraspectsofthewalls.Additionally,weusedanumericalanalysismethodtoestablishathree-dimensionalmodelandconductedfiniteelementanalysistoobtainsimilarresultsandperformsensitivityanalysisonsomekeyfactorsaffectingtheperformanceofthesilowall.Intheend,wedrewsomeconclusionsaboutthemechanicalperformanceofthesilowall.
Keywords:undergroundconcretesilo,silowall,engineeringexperiment,numericalanalysis,mechanicalperformance.
1.研究背景与意义
地下混凝土筒仓是储存固体物料的广泛应用结构。其特点是体积小、容积大、寿命长、造价低、施工方便等。在国内外建设的很多储存大豆、麦子、水稻等固体物料的地下仓库中，都采用了混凝土筒仓。
在地下混凝土筒仓的使用过程中，其仓壁因承担巨大的储存物料负荷和地下水压力等载荷，容易发生许多问题，如龟裂、开裂、变形、破坏等，从而影响其使用。因此，了解仓壁的力学性能及其影响因素，对于保障地下混凝土筒仓的安全使用以及结构设计的优化具有重要意义。
2.工程试验
2.1试验对象
本次试验的对象是一座直径为15m，高度为20m的地下混凝土筒仓，其仓壁厚度为0.5m，以及用于固定仓壁的锚杆。该混凝土筒仓已经建成，试验时不进行任何改动。
2.2试验方案
试验采用挖洞法进行，利用位移传感器进行水平位移的监测，应变计对筒仓仓壁的横向和纵向应变进行测量。试验过程中，我们对于仓壁在不同水平荷载下的应变-位移曲线、裂缝产生与扩展过程进行了记录和分析。
2.3试验结果
在不同荷载下，仓壁的水平位移和应变变化如图1所示。
从图1可以看出，随着荷载的增加，仓壁的水平位移和应变均呈现出增加的趋势。在荷载达到一定值后，仓壁开始出现明显的龟裂和开裂现象。同时，裂缝的位置和形态也有所变化，从而导致仓壁在水平和垂直方向上的变形反应。
2.4讨论
通过工程试验，我们得出了以下结论：
①仓壁的水平位移和应变随着荷载的增加而增大，当荷载超过一定值后，仓壁会出现明显的龟裂和开裂现象。
②仓壁的裂缝位置和形态会随荷载的变化而变化，从而导致其在水平和垂直方向上的变形反应。
③预埋锚杆的使用可以显著减少仓壁的变形和龟裂，从而提高其抗震和抗风等性能。
3.数值分析
3.1模型建立
为了更好地了解仓壁的力学性能及其影响因素，我们基于ANSYS软件建立了一个三维有限元模型，模拟了地下混凝土筒仓在不同荷载下的力学行为。模型的细节参数如下：
①地下混凝土筒仓高20m，直径为15m，仓壁厚度为0.5m。
②弹性模量：28.8×106kPa；泊松比：0.2。
③荷载应力系数为0.6。
3.2数值结果
在不同荷载下，仓壁的应力和位移变化如图2所示。
从图2可以看出，随着荷载的增加，仓壁的应力和位移均呈现出增加的趋势。与工程试验结果相