金屬薄壁圓柱殼在不均勻沉降下的穩(wěn)定性能研究

金屬薄壁圓柱殼廣泛應用于土木工程中的儲罐、筒倉等結構。建造在軟土地基上的大型圓柱殼易產生各種沉降變形，其中周邊不均勻沉降對殼體穩(wěn)定最為不利。非均勻應力狀態(tài)下薄壁圓柱殼的屈曲是當前國際上殼體結構領域的研究熱點，但大多針對非均勻荷載條件，對非均勻支承問題的研究較少。本項目擬應用先進計算技術和現(xiàn)代實驗手段，深入研究不均勻沉降下金屬薄壁圓柱殼的穩(wěn)定性能與設計方法。分別以理想化的沉降模型與實際工程的實測沉降為依據(jù)，系統(tǒng)分析薄壁圓柱殼在不均勻沉降下的非線性響應、屈曲性能與后屈曲性能，揭示圓柱殼在不均勻沉降下的失穩(wěn)機理，建立考慮不均勻沉降的薄壁圓柱殼穩(wěn)定設計方法以及考慮殼體結構響應的地基不均勻沉降控制標準。通過本項目的研究，可以豐富對非均勻應力狀態(tài)下薄殼結構屈曲性能的深入認識，為立式鋼儲罐、平底鋼筒倉等結構的經濟合理設計提供科學依據(jù)，并為相關設計規(guī)范的制訂提供參考。 2100433B

一個在上下兩邊作用著壓力 σ的薄板或薄筒殼，在壓力比較小時，其內部產生壓應力和相應的壓應變,而不產生側向撓度ω。該板或殼由原來的不受力狀態(tài)轉為一個受力的平衡狀態(tài)。給這一平衡狀態(tài)以小干擾,比如給一個小的側向撓度,板或殼中就會產生相應于干擾的應力和應變。在干擾消除后，因干擾引起的應力和應變立刻消失并使板或殼恢復到受干擾前的狀態(tài)，因而稱開始的受力平衡狀態(tài)為穩(wěn)定平衡狀態(tài)。如使σ不斷增加并大于某一數(shù)值后,干擾所引起的小撓度將迅速擴大，板殼受力的這種平衡稱為不穩(wěn)定平衡。如果板殼所承受的外載荷從小值逐漸增大，則板殼將由穩(wěn)定平衡過渡到不穩(wěn)定平衡，在兩種平衡之間存在著一種過渡狀態(tài),稱為臨界狀態(tài),或稱隨遇平衡狀態(tài)。這一狀態(tài)所對應的外載荷稱為臨界載荷,其大小稱為臨界值,板殼內的相應應力稱為臨界應力,記為σcr 。失穩(wěn)臨界應力值與結構的構造形式、邊界條件、材料性能、載荷大小及分布情況等多種因素有關。在結構設計中，應保證結構內的應力不超過臨界值。

金屬殼磚是一種在坯體表面施加金屬釉后再經過1200℃以上的高溫燒制而成的瓷磚，釉一次燒成強度高；耐磨性好；顏色穩(wěn)定，不易被氧化，質量較輕，防火，而且環(huán)保。金屬殼磚的用途：一可用在室外墻壁上作線條，點綴建筑物。二可用于室內局部裝飾。

在水頭高于40m以上的水電站中，由于強度的需要，一般采用金屬蝸殼或金屬鋼板與混凝土聯(lián)合作用的蝸殼。金屬蝸殼按其制造方法，有焊接、鑄造、鑄焊三種類型。

埋入部件焊接蝸殼

這種蝸殼，包括座環(huán)在內全部用焊接結構，鋼板沿著整個圓周焊接到座環(huán)的上、下蝶形邊上。一般用在尺寸較大的中低水頭電站的混流式水輪機中。焊接蝸殼由若干個節(jié)組成，每節(jié)又由幾塊鋼板拼成，整個蝸殼的裝配和焊接在工地安裝時進行。工廠只完成鋼板下料和卷制成單個環(huán)形節(jié)。焊接蝸殼的節(jié)數(shù)不應太少，否則將影響蝸殼的水力性能。鋼板的厚度應根據(jù)有關強度計算確定，通常蝸殼進口斷面厚度較大，越接近鼻端厚度越小。同一斷面上鋼板厚度也不相同，在接近座環(huán)上、下端的鋼板較在斷面中間的要厚一些。焊接

蝸殼的焊縫應盡量減少，遇到十字交錯焊縫時必須錯開300mm以上。

焊接蝸殼平面尺寸較大，需全部埋入混凝土中。由于蝸殼壁薄、剛性差，不能承受外部荷載，所以在蝸殼上部與混凝土之間。一般要鋪設由瀝青、石棉、毛氈等材料組成的彈性墊層，以避免水壓直接傳遞到混凝土上和上部基礎傳來的外荷載直接作用在蝸殼上。目前，對于大型機組埋設蝸殼，多采用充水保壓新技術，取消了彈性墊層，增強了蝸殼的剛度，如三峽機組蝸殼即采用了這一新技術。

埋入部件鑄造蝸殼

這種蝸殼的剛度較大，能承受一定的外壓，常作為水輪機的支承點并在它上面直接布，置導水機構及其傳動裝置。鑄造蝸殼一般不全部埋入混凝土。根據(jù)應用水頭不同，鑄造蝸殼可采用不同的材料，水頭小于120m的小型機組一般用鑄鐵件，水頭大于120m時則多用鑄鋼制作。

埋入部件鑄焊蝸殼

這種蝸殼與鑄造蝸殼一樣，適用于尺寸不大的高水頭混流式水輪機。鑄焊蝸殼的外殼用鋼板壓制而成，固定導葉的支柱和座環(huán)一般是鑄造，然后用焊接方法把它們聯(lián)成整體。焊接后需進行必要的熱處理以消除焊接應力。

大中型機組的蝸殼上設有進入孔和排水孔。一般進入孔直徑為650mm，位置設在蝸殼的底部，并與蝸殼圓形斷面中垂線成15°，這樣是為了打開進入門時不會有積水漏出。

另外，在蝸殼內部最低處，均設有排水閥，以便檢修時排出積水。在廠房的基礎上，設有若干個均布的支墩，用于安放蝸殼，并用千斤頂和拉桿拉緊，把金屬蝸殼牢固地固定在基礎上，以免澆注混凝土時蝸殼位置變動 。