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鋼筋混凝土的整體有限元分析

發布于:2017-01-21 21:59
有限元分析

      某初軋廠均熱爐車間出渣渣廊建于1957年,1958年投入使用。渣廊全書156米,設有10個溫度縫,除了中部的7#溫度區段外,其它10個溫度區段均15米長,稱作標準溫度區段.渣廊采用鋼筋混凝土結構,設計混凝土標號200#,環向配筋 200,頂析底部的縱向配筋為9@ 200,其結構形式、大梁處的橫斷面及幾何尺寸。
      渣廊上的荷載主要有土壓力、地下水壓力以及在頂板上和擋土墻外側上方鋪設的兩股鋼錠車軌,此外在渣廊內部還存在著一定的溫度作用,由于渣廊的工作環境及施工質量較差,原設計中又存在一些不盡合理之處,故經過長期使用其各項功能的可靠性均有下降。1991年初,廠方在檢查中發現渣廊頂板有漏水和鹽析現象,進一步檢查又發現渣廊內部已多處開裂,裂縫形式主要是貫通渣廊橫截面的環向通縫,最大裂縫寬度已達3mm以上,直接影響著渣廊的正常工作和使用。
      為了查清渣廊環向開裂的主要原因,改善渣廊的工作狀況,保證其正常使用和工作,筆者還與廠方一起考察了另外兩個初軋廠均熱爐車間出渣渣廊。結果發現這類結構均有開裂問題,并且裂縫的形式和位置也大致相同,但由于3個渣廊的外載及結構形式稍有不同,因而開裂的嚴重程度不一,屬A渣廊最為嚴重。同時,筆者還走訪了部分有關設計單位,了解到當時由于條件所限,渣廊設計一般只按平面問題計算,未考慮渣廊的整體空間作用及空間內力分析,縱向鋼筋僅按當時的構造要求配置。于是,重點調查了A渣廊的開裂情況,同時也對3個渣廊的開裂進行了有限元分析。
      A渣廊從北向南分為11個溫度區段,除了上述的荷載外,北端還經常作用堆積荷載以及鋼錠脫鉤產生的沖擊荷載,僅一個鋼錠((2X4輪,輪距1.45m)及其料重就達150t左右。1972-1973年間,廠方曾采用液體出渣,導致渣廊大梁外側燒傷,后已作加固處理。現在的工藝為干出渣,一般情況下渣廊內的溫度為300C左右,出渣時局部溫度可達450℃,最高時可達550℃左右。調查結果發現,渣廊的11個溫度區段均有不同程度的開裂,北端的1#,2#溫度區段(沖擊荷載加堆積荷載區)開裂最為嚴重,3#,4#區段(堆積荷載區)的開裂雖較1#,2#區段稍輕,但也十分嚴重。經檢查,1#,4#區段一般都有4-6條十分明顯的環向貫通主裂縫,其裂縫寬度均在2 mm以上,裂縫走向為大梁底一頂板一擋土墻內側,并且都在底板處消失.進一步檢查表明渣廊的底板都未開裂,也沒有發現明顯的不均勻沉降。渣廊的漏水和鹽析主要發生在1#,2#區段,其中一些部位的裂縫寬度達5mm左右,鹽析厚度竟達6mm。此外,在渣廊頂板底還分布有多處無規律的裂縫,裂縫寬度一般為0.05-1.0mm,走向雜亂無章,極不規則,該區段的典型裂縫分布。
      渣廊中段的5#-8#區段也有裂縫,但由于該區段的渣廊頂板上沒有堆積荷載和沖擊荷載,故其開裂的程度遠沒有北邊嚴重。首先,在該區段未發現明顯的環向貫通主裂縫,其次,裂縫寬度也都比北端小,一般不超過1.5mm,并且大多數都在頂板底,擋土墻上的裂縫很少。但裂縫的位置和走向與北端的大致相同,頂板底也有較多不規則的細小裂縫,其寬度大約為0.05-0.5mm。
    9#-11#區段位于渣廊南端.這時,鋼錠車軌已偏離渣廊頂板,故該區段的開裂程度較輕。檢測中發現,除了在渣廊頂板底有一些0.5mm以下的極不規則的細小裂縫處,未發現其它任何破損情況及明顯的受力裂縫.經過實測,在發生漏水和鹽析現象的裂縫處,鋼筋的銹蝕比較嚴重,除銹后的縱向鋼筋的直徑約為3.5mm。取樣實測的鋼材性能,經過回彈一超聲一取芯法的綜合評定,渣廊的實測混凝土強度等級為C15。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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