6 有限元计算模型
罐顶单层球面网壳采用空间梁系有限元法进行计算,以给定的计算参数建立无罐壁加强和有罐壁加强两种有限元计算模型(见图3),其中网壳的每个杆件划分为一个梁单元,网壳的节点设为刚节点。
7 边界条件
网壳承受的外压载荷按满跨均布考虑,由网壳的所有节点共同承担,通过静力等效原则折算成作用在网壳节点上的集中力。
7.1 无罐壁加强计算模型的位移边界条件
从图1的网壳边缘支撑结构可知,网壳最外圈的梁与罐壁边缘结构组焊在一起,此结构限制了此处的自由转动,但在外压作用下此处有向外移动的趋势。为此,设边缘梁上的所有节点以圆周切向为轴的转角为0,沿球面法线方向的位移为0。
7.2 有罐壁加强计算模型的位移边界条件
罐壁底端所有节点沿径向、周向和竖向位移均为0,沿罐壁圆周切向为轴的转角为0。
8 计算结果
计算结果如图4、图5和图6所示。
9 对比分析
在设计外载荷作用下,60m无罐壁加强网壳的最大竖向位移约76mm(见图4),外压稳定临界载荷为10219Pa(见图6);有罐壁加强时最大竖向位移约41mm(见图4),外压稳定临界载荷为10785Pa(见图6)。由此可见,16倍顶层罐壁厚度以下的罐壁截面对网壳的变形及外压临界载荷是有影响的,考虑此部分罐壁截面的加强作用后,网壳在设计外载荷作用下的最大竖向位移只相当于无罐壁加强时的约53%,而外压临界载荷增加了约5%。
10 结论
罐顶网壳在进行有限元外压稳定性计算时,其计算模型中的边缘结构不仅要考虑16倍顶层罐壁厚度的罐壁截面的抗拉作用,也要考虑此截面以下的罐壁截面对网壳变形的约束作用,即在有限元计算模型中包括全部罐壁,并与网壳结构一起进行整体计算。
包括全罐壁的60m空间三角形罐顶网壳计算模型,经计算在设计外载荷作用下的最大竖向位移只相当于无罐壁加强时的约53%,而外压临界载荷增加了约5%。