筒仓结构具有占地面积小、存贮量大、运行方式简单、绿色环保、自动化程度较高等优点,在我国广泛应用于煤炭、电力、农业和港口等行业中,随着有限元计算和预应力结构设计技术的不断完善,筒仓结构的规模逐渐扩大,预应力混凝土筒仓结构向着容量更大的方向发展。然而由于大型预应力混凝土筒仓结构受力的复杂性,国内对大型预应力混凝土筒仓结构的计算理论、设计方法等方面的研究还不够完善。受华北电力设计院工程有限公司的委托,武汉大学土木建筑工程学院承担了《三河发电厂大型预应力筒仓结构有限元分析与优化设计》课题,本文为该课题的专题研究报告之一。本文结合三河市发电厂大型预应力混凝土贮煤筒仓工程实例,利用ANSYS有限元软件,对静力荷载作用下筒仓结构的受力性能、配筋设计和结构布置优化进行了研究。主要研究结论如下。(1)在各种静力荷载中,贮煤压力、仓壁内外温差和日照温差作用对筒仓结构受力性能的影响最为显著,对仓壁配筋及裂缝控制起决定性的作用,而工艺活载、楼面活载和风荷载对筒仓结构受力性能的影响较小。(2)在贮煤压力作用下,筒仓仓壁中、下部的环向拉力较大,仓壁顶部的环向拉力较小,整个仓壁的环向弯矩都相对较小;仓壁的竖向轴力和竖向弯矩也相对较小。筒仓斗壁主要受到环向拉力的作用,且环向拉力较大,其中以斗口附近的环向拉力为最大,斗壁根部的环向拉力则有所减小;受斗壁中切向力的影响,筒仓斗壁中的径向拉力在斗口处相对较小,在斗壁根部则相对较大;斗壁中的环向弯矩和径向弯矩均相对较小。筒壁受到较大的竖向压力和环向压力,环向弯矩和竖向弯矩均相对较小。(3)日照温差作用下,圆形筒仓结构的受力计算属于非轴对称问题。阳光的照射角度对筒仓结构的内力有很大影响。在阳光直射的竖向平面内,仓壁和筒壁主要受到轴向压力和弯矩,且仓壁顶部、仓壁底部和筒壁底部因分别受到仓顶楼盖和环梁以及筒仓底端的约束,产生较大的轴向压力和弯矩;与阳光直射的夹角为90°的竖向平面内,仓壁上、下端和筒壁的环向内力较小,竖向则主要受到轴向拉力的作用,且仓顶处拉力较小,而仓壁中、下部以及筒壁的拉力则相对较大,仓壁和筒壁的竖向弯矩和环向弯矩均较小;与阳光直射的夹角为180°的竖向平面内,除仓壁中、下部和筒壁的竖向压力略微偏大一些,环向轴力和弯矩以及竖向弯矩均较小。斗壁不直接受到日光的照射,其内力相对较小。(4)在贮煤压力与环向预应力共同作用下,仓壁环向内外侧混凝土均处于受压状态,且内外侧混凝土的应力相差不大;斗壁上部区域和下部区域混凝土处于受压状态,中部混凝土处于受拉状态,但其拉应力小于混凝土的抗拉强度标准值ftk。说明仓壁和斗壁环向预应力筋的配置比较合理,对减少仓壁和斗壁混凝土环向拉应力有显著的作用,可以有效地控制筒仓结构在荷载作用下的裂缝开展。(5)取消±0.000m处的楼板结构,在各荷载工况下,筒仓结构优化前后应力和内力分布规律基本不变。在自重、工艺活载、楼面活载、风荷载以及空仓地震和满仓地震作用下,优化前后筒仓结构的内力变化很小;在贮煤压力作用下,优化前、后筒仓结构在±0.000m附近筒壁的内力产生较大的变化,其余部位的内力影响可忽略不计;在内外温差和日照温差作用下,优化前后筒仓结构在仓壁环梁处的内力变化较大,其余部位的内力变化较小。因此,在筒仓结构设计中,若取消±0.000m处的楼板结构,需要考虑贮煤压力下±0.000m处竖向内力以及内外温差和日照温差作用下仓壁环梁附近的内力变化对筒仓结构配筋的影响。