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摘要：以某工程主厂房钢煤斗设计为例，分别采用有限元及传统计算两种方法对煤斗结构的受力及变形情况分析，供同类工程提供参考。
关键词：有限元;钢煤斗;筒仓
Abstract: the steel coal scuttle an engineering main building design as an example, finite element and two traditional calculation methods of coal scuttle structure stress and deformation situation analysis, provide reference for similar engineering.
Key words: finite element; Steel coal hopper; The silo
中图分类号：[O242.21]文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
煤斗是火力发电厂的一种常见构筑物，基于节省储存空间、使用方便的优点，广泛运用于冶金、建材、电力等行业，是一种向高空发展的特种结构。
目前国内主要以《糧食钢板筒仓设计规范》和《钢筋混凝土筒仓设计规范》为设计依据，本文结合某钢煤斗实例进行有限元分析并结合规范法计算，将各部位的应力及变形值比较分析，为以后设计提供借鉴。
一、工程概况
该工程主厂房煤斗及加劲肋均采用Q235B号钢，为“裤衩形”煤斗，钢煤斗厚度为10mm，周向加劲肋截面尺寸为角钢L160mm×120mm×10mm，竖向加劲肋厚度为10mm。煤斗外形图见图1。
计算参数为：煤重力密度，内摩擦角，钢煤斗板及加劲肋的弹性模量为2×10MPa，泊松比为0.3，设计强度为215MPa。本工程属于漏斗浅仓，漏斗壁上边缘与边梁采用螺栓连接。
图1煤斗外形示意图
二、按传统方法计算
根据《贮仓结构设计手册》钢煤斗相关内容，将“裤衩形”煤斗按锥形煤斗做近似计算：
1．几何尺寸计算
煤斗的容积：
其中：为煤斗上口长边边长；为煤斗上口短边边长；为煤斗下口长边边长；为煤斗下口短边边长；为漏斗壁高度。
2．荷载计算
贮料锥体积重心以下距离S处，单位面积上的竖向压力标准值。
其中：为荷载直接卸入浅仓时的冲击影响系数，取值1.0；为卸料的重力密度；为贮料顶面或贮料锥体重至计算截面的距离。
3．结构内力计算
（1）水平加劲肋承受的相邻斜壁引起的水平拉力设计值
、为水平加劲肋承受的法向线荷载标准值。
（2）水平加劲肋的弯矩设计值和挠度
一肢垂直于斜壁的水平加劲肋，可按简支梁计算
弯矩
挠度
计算得煤斗容积为19.274，斜高为5.25m，倾角为，计算采用EXCEL列表计算，2-2面加劲肋计算结果见表1-4。
横向加劲肋承受水平荷载标准值（kN/m）表1
三、有限元计算
有限元采用MIDAS Gen软件对钢煤斗进行有限元模拟，通过软件的等效换算功能将带加劲肋的煤斗壁简化为等厚度的煤斗壁。计算得等效板厚为0.0154m。采用顶部固结并考虑钢煤斗自重，煤斗其他参数均与规范法相同。
在结构分析中暂不考虑煤斗顶部的活荷载和均布荷载，将荷载分别施加于法向和切向，结构具体荷载取值如下：
垂直煤斗壁：
两边侧壁：
斜向煤斗壁：
“人”字漏斗壁：
图3 煤斗壁板单元内力图
煤斗壁仅在散料荷载作用下的最大应力值为64.4Mpa，该值出现在结构的“人”字漏斗顶部处，在板与板之间连接处应力值也较大，可能是由于应力集中产生的。煤斗壁最大位移处为垂直煤斗壁的“人”字漏斗上1.5m处，最大位移值为。煤斗单元内力图见图3。
四、结束语
1．“人”字漏斗和斜煤斗壁等相交的几何外形本身存在突变，产生应力集中，所以在这些部位需要通过提高焊接或锚固质量等方式提高整体性。
2．有限元软件可以对局部构件的应力及变形进行验算，辅助设计对构件进行局部调整，找出结构的关键部位，节约材料。相比之下，规范法计算结果不准确，而对于确定结构的薄弱部位更是无能为力。
参考文献：
[1] 贮仓结构设计编写组．贮仓结构设计手册[M]．中国建筑工业设计手册．1999．
[2]GB50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2004.
[3]GB50322-2011，粮食钢板筒仓设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2011.
[4] 冯晶．燃煤热源厂矩形钢煤斗设计[J]．电力勘测设计．2012年，（2）：37-40．
关键词：有限元;钢煤斗;筒仓
Abstract: the steel coal scuttle an engineering main building design as an example, finite element and two traditional calculation methods of coal scuttle structure stress and deformation situation analysis, provide reference for similar engineering.
Key words: finite element; Steel coal hopper; The silo
中图分类号：[O242.21]文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
煤斗是火力发电厂的一种常见构筑物，基于节省储存空间、使用方便的优点，广泛运用于冶金、建材、电力等行业，是一种向高空发展的特种结构。
目前国内主要以《糧食钢板筒仓设计规范》和《钢筋混凝土筒仓设计规范》为设计依据，本文结合某钢煤斗实例进行有限元分析并结合规范法计算，将各部位的应力及变形值比较分析，为以后设计提供借鉴。
一、工程概况
该工程主厂房煤斗及加劲肋均采用Q235B号钢，为“裤衩形”煤斗，钢煤斗厚度为10mm，周向加劲肋截面尺寸为角钢L160mm×120mm×10mm，竖向加劲肋厚度为10mm。煤斗外形图见图1。
计算参数为：煤重力密度，内摩擦角，钢煤斗板及加劲肋的弹性模量为2×10MPa，泊松比为0.3，设计强度为215MPa。本工程属于漏斗浅仓，漏斗壁上边缘与边梁采用螺栓连接。
图1煤斗外形示意图
二、按传统方法计算
根据《贮仓结构设计手册》钢煤斗相关内容，将“裤衩形”煤斗按锥形煤斗做近似计算：
1．几何尺寸计算
煤斗的容积：
其中：为煤斗上口长边边长；为煤斗上口短边边长；为煤斗下口长边边长；为煤斗下口短边边长；为漏斗壁高度。
2．荷载计算
贮料锥体积重心以下距离S处，单位面积上的竖向压力标准值。
其中：为荷载直接卸入浅仓时的冲击影响系数，取值1.0；为卸料的重力密度；为贮料顶面或贮料锥体重至计算截面的距离。
3．结构内力计算
（1）水平加劲肋承受的相邻斜壁引起的水平拉力设计值
、为水平加劲肋承受的法向线荷载标准值。
（2）水平加劲肋的弯矩设计值和挠度
一肢垂直于斜壁的水平加劲肋，可按简支梁计算
弯矩
挠度
计算得煤斗容积为19.274，斜高为5.25m，倾角为，计算采用EXCEL列表计算，2-2面加劲肋计算结果见表1-4。
横向加劲肋承受水平荷载标准值（kN/m）表1
三、有限元计算
有限元采用MIDAS Gen软件对钢煤斗进行有限元模拟，通过软件的等效换算功能将带加劲肋的煤斗壁简化为等厚度的煤斗壁。计算得等效板厚为0.0154m。采用顶部固结并考虑钢煤斗自重，煤斗其他参数均与规范法相同。
在结构分析中暂不考虑煤斗顶部的活荷载和均布荷载，将荷载分别施加于法向和切向，结构具体荷载取值如下：
垂直煤斗壁：
两边侧壁：
斜向煤斗壁：
“人”字漏斗壁：
图3 煤斗壁板单元内力图
煤斗壁仅在散料荷载作用下的最大应力值为64.4Mpa，该值出现在结构的“人”字漏斗顶部处，在板与板之间连接处应力值也较大，可能是由于应力集中产生的。煤斗壁最大位移处为垂直煤斗壁的“人”字漏斗上1.5m处，最大位移值为。煤斗单元内力图见图3。
四、结束语
1．“人”字漏斗和斜煤斗壁等相交的几何外形本身存在突变，产生应力集中，所以在这些部位需要通过提高焊接或锚固质量等方式提高整体性。
2．有限元软件可以对局部构件的应力及变形进行验算，辅助设计对构件进行局部调整，找出结构的关键部位，节约材料。相比之下，规范法计算结果不准确，而对于确定结构的薄弱部位更是无能为力。
参考文献：
[1] 贮仓结构设计编写组．贮仓结构设计手册[M]．中国建筑工业设计手册．1999．
[2]GB50077-2003，钢筋混凝土筒仓设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2004.
[3]GB50322-2011，粮食钢板筒仓设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2011.
[4] 冯晶．燃煤热源厂矩形钢煤斗设计[J]．电力勘测设计．2012年，（2）：37-40．