新型煤气柜内压弯曲分析方法研究摘要：严格控制新型高压煤气柜内压弯曲，是保证结构气密性和正常运行的关键问题，其受力模型为具有多根环向加筋圆柱壳受局部内压作用的弹性弯曲.把弹性地基板条梁法拓展应用到该结构体系；同时对传统离散加筋法进行改进，考虑了壳体厚度、半径及加筋肋间距对结构环向刚度的影响.以30万m3新型煤气柜为例，采用弹性地基板条梁法、改进离散加筋法、密加筋法和有限元法进行了分析.在此基础上，给出了判定环向加筋圆柱壳密肋、稀肋的方法.分析结果表明，弹性地基板条梁法具有适用性强、精度高、效率好；当环向加筋间距dr>3.875（Rh）1/2时，改进离散加筋法计算效率较高.关键词：薄壁结构；气柜；弹性地基板条梁法；改进离散加筋法；影响宽度：TU392.2文献标识码：A干式煤气柜是一种可以储存可燃气体、节约能源和保护环境的大型、特种结构，广泛用于冶金、石化、市政等行业.新型（圆形）干式煤气柜具有密封性能好、储气压力大、活塞运行自稳性好和煤气死空间容积小等优点[1].因该新型煤气柜相应的设计理论研究不足，无专用设计规程，所以迫切需要对其结构的计算理论和方法等进行全面深入的研究，提出合理的分析理论和计算方法，为实际工程的应用和设计规程的编制提供参考.20世纪70年代，上海宝钢一期工程中从日本引进3台干式煤气柜.为弥补干式煤气柜的设计计算理论和方法，国内学者做了不少研究，并取得了显著成果.姜德进[2-3]基于简化力学模型进行了正多边形干式煤气柜走道平台、立柱和柜体侧板的内力分析；游理华[4]对曼型干式煤气柜柜体计算理论和方法及板的弹性弯曲和后屈曲进行了研究；童根树等[5]对MAN型干式气柜的力学模型、自振特性和地震响应进行分析；周伟[6]采用有限元对新型煤气柜柜体的强度和柜顶的稳定进行仿真分析；但堂波[7]对大型正多边形（M.A.N）干式煤气柜结构构件在内压和风荷载作用下的受力性能进行理论分析和有限元验证；贾冬云等[8-9]采用理论分析和试验研究相结合的方法，对大型正多边形煤气柜立柱和加肋壁板进行了系统的研究.目前就新型煤气柜高压煤气作用的整体弹性弯曲研究鲜有涉及.本文首先建立合理简化分析模型，其次改进传统离散加筋法和拓展弹性地基板条梁法，最后，通过与传统方法和有限元结果进行对比，给出判定环向加筋圆柱壳密、疏的建议公式，并提出适合工程应用的分析方法，供理论研究和工程设计参考.1空间壳体分析法1.1新型煤气柜煤气压力作用下的简化力学模型新型煤气柜主要由加劲壳体系的浅球壳柜顶、外部纵横加筋的圆筒形柜体及穹形拱状周边设有箱形环梁的活塞构成[1]，如图1所示.柜体纵向加筋肋（立柱）主要承受柜顶、柜体重量及风和地震作用产生的竖向力，环向加筋肋和壳体主要承受内部气体压力和其他外荷载的水平力，且回廊属于附属结构[1，10].煤气柜正常运行时，柜体承受内部高压气体作用，根据其结构受力特点，研究柜体局部内压时可仅考虑柜体壳体及环向加筋肋，如图2所示.1.2密加筋方法基本假定除服从乐甫基尔霍夫假设外还需做如下假设：1）采用Donnell扁壳方程；2）加筋肋等间距足够密布置，不计加筋肋宽度[12-13].根据文献[14-15]，仅受法向局部内压作用的环向加筋圆柱壳等效为构造上的正交各向异性圆柱壳，其关于位移的微分方程：根据式（6）并结合式（4）和式（3）可给出加筋圆柱壳的径向位移和应力.1.3改进离散加筋方法传统离散加筋法认为加筋对壳体提供的环刚度集中在筋与蒙皮的连接突缘宽度范围内[19].而改进离散加筋法，引入的δ序列内含一待定影响宽度参数，该参数考虑了壳体厚度、半径及加筋肋间距的影响.基本假定[12-13，19]：1）壳的横向剪切刚度为无限大；2）考虑加筋的偏心作用；3）加筋与壳体在径向和筋条方向位移连续；4）不考虑加筋的侧向弯曲刚度；5）环向加筋等距分布；6）加筋布置稀疏；7）不考虑两相邻加筋间的相互影响.环向离散加筋圆柱壳仅受局部内压作用的平衡微分方程为：2弹性地基板条梁法新型煤气柜在煤气压力作用下，将受到壳体的环向弹性约束和环向加筋的径向弹性约束.因此，该结构可简化为具有弹性支撑和弹性地基的连续板条梁，当环向加筋较密（N2>5）时可简化为单跨弹性...