立式埋地玻璃钢圆柱壳的稳定性分析

析 ，以确保 其 安全 可靠性 。 本文 正是 基 于此 背景 ．采 用 ＡＮＳＹＳ有 限元分 析
软件 ，对立 式埋 地玻 璃钢 圆柱 壳 的稳定 性 进行 研究 ， 建立 其基 本 的设计 计算 方法 Ｏ
２ 三种传统 的稳定性计算公式
玻璃 钢 圆柱壳 埋 置 于 地 下 ，圆柱 壳 周 围一 定 范 围的土体 不仅 是 作 用 在 管壁 上 的主 动荷 载 ，同时 也 是一 种 阻尼介 质 ，抵 抗着 圆柱 壳在 其 内部 发生 变形 。 因此 ．圆柱 壳 和周 围土壤 就组 成 了一个 超静 定 体 系 。 在研 究立 式玻 璃 钢 圆柱壳 的稳 定 性 时 ，就 需 要 分 析 该超静定体系，即圆柱壳和土的相互作用 。
关键词 ：玻 璃钢 ：立式埋地 圆柱 壳；稳 定性 ；有限元 中 图分 类 号 ：ＴＢ３３２ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １００３—０９９９（２０１８）ｏｌ一００２３－０６
１ 前 言 玻 璃钢 是 以玻 璃 纤 维 或 其 制 品 为 增 强 材 料 ，以
树脂 为基 体 ，采用 一定 工 艺制 作 而成 的复 合 材料 ，具 有轻 质 高强 、耐腐 蚀 等显 著特 性 ，在各行 业 中得 到 了 广泛应用 Ｅ 。传统 的应用较多 ，如地下或地上管道 、 净 化罐 、地上 立式 或 卧式 容器 等 ；近年来 也 作 为埋 地 立式 圆柱 壳结构代 替传统 的混凝 土结构 应用于竖 井 、泵站 壳体 等立 式埋 地 产 品 中＿２］。
间材料 参数 表达式 ，建立有限元计算模型 ，实现立式埋地玻璃钢 圆柱 壳结构稳定性有 限元分析 。通过与传 统公 式计算结果 比 较 ．得 出传统稳定性计 算公 式不能用 于计算立 式埋地 结构。参数 对结构稳定性的影响结果表 明：增加 结构的厚度 、弹性模 量以 及周 围土弹性模量 可提 高稳定性 ．其 中厚度 的影响更为显著；结构稳 定性随 壳体 长度 的增加而降低。在工程应 用中可采用加筋 结构减 小计算长度 以及选择合适的回填材料和 回填方式来提 高土的弹性模量的方法 ，有效提 高稳定安全性，对经济性影响较 小。
２０１８年 第 １期
玻 璃 钢 ／ 复 合 材 料
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立 式埋 地 玻 璃钢 圆柱 壳 的 稳定 性 分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
陈建 中 ，娄要 胜 ， 吕 泳 ，张 小 玉ｌ＇
（１．武汉理工大学理学院 ，武汉 ４３００７０；２．武汉 理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室 ，武汉 ４３００７０） 摘 要 ：基于工程 实际，采用承压不承拉 的杆单元模 型解决埋地结构 与周 围土体 的相互作 用 问题 ，推 导 出杆 单元与 土体 之
对于外压圆柱壳临界压力的计算通常采用 的公 式有 ：Ｍｉｓｅｓ公 式 、拉 姆 公 式 、Ｂｒｅｓｓｅ公 式 等 ＿８］。但 是 ，这 些公 式是 用来 计算 各 向同性 材料 的 ，并且 都将 外部 视为 自由边界 。本 文研究 的玻 璃钢 材 料 圆柱 壳 是典 型 的各 向异性材 料 。外部有 土体 作 用 ，因此 上述 公 式 不能直 接应 用 。 由于 目前 还没 有通 用 的计 算立 式 埋 地 圆柱壳 临 界压 力 的公 式 ，所 以本 文 拟 采用 多 种 不 同 的计 算 方 法 对 立 式 埋 地 圆 柱 壳 结 构 进 行 研 究 ，并 与后 文 的有 限元 计 算结果 进行 对 比分析 。 ２．１ 地上 圆柱 壳结构稳定性计算公式
通讯作者 ：吕泳 （１９８２一），男 ，博士，实验师，主要从事功能复合材料 的设计研究与材料长期性能分析等方面的研究 ，ｌｖｙｏｎｇｈｌ＠１６３．ｅｏｍ。
立 式埋 地玻 璃 钢 圆柱 壳的 稳 定性 分析
２０１８年 １月
ｒ ＝１．１９Ｅ 短 圆 柱壳 临界 压力 计算 公式 ：
立 式埋 地 玻 璃 钢 圆柱 壳 结 构 作 为 一 种 薄 壁 结 构 ．其外 压稳 定 性 在 其 设 计 中起 着 控 制 作 用 ［３］。但 这样 一 种立 式埋 地结 构 与传统 结 构受力 有 较 大 的不 同。如 管道 、净化 罐 等都 可看 作 卧式结 构 ，其 周 围土 压力 变化 相 对 较小 ，只是 一个 管径 范 围 内 的土 压 变 化 ，在实 际 设 计 计 算 时 可 近 似 按 相 同考 虑 ，如 ＣＥＣＳ １９０ Ｅ 即采 用 了管顶 竖 向土压 力 进行 设 计 计算 ，在 长 度 范 围内只 要埋设 深 度不 变则 认 为土 压力 不 变 。对 于这 些结 构 都可 按均 布外 压来 分 析其 稳定 性 。但 对 于立式埋地结构而言 。虽然在圆周上土压力不变 。但 土 压力 从 下 到 上 的变 化 是 非 常 大 的 ［５］，从 最上 部 的 ０到最 下部 的最 大值 呈 三 角 形 分 布 。地 上 立式 容 器 受 到风等 载 荷 的作 用 产生 的外 压在 竖直 方 向也 呈 非 均匀 分 布 ，但 其外 部 为 自由面 ；而立 式埋 地 圆柱壳 结 构外部有土的约束 ，这两 者的稳定性也有很大 的不 同 。 因此 对 于这样 一 种立 式埋 地玻 璃钢 圆柱壳 结 构 的稳 定性 分 析不 能采 用传 统 的地下 卧式 结 构 或地 上 立式结构 的分析方法 。需要采用新 的方法来进行分
公 式 （１）和公 式 （２）分别 为 国际标 准 ＡＳＭＥＶＩＩ １给 出 的 长 圆 柱 壳 和 短 圆 柱 壳 的 临 界 压 力 计 算 公 式 。
长 圆柱 壳 临界压 力计 算公 式 ：
收稿 日期 ：２０１７．０７—０３ 基金项 目：中央高校基本科研业务费专项资金 （２０１６ Ｉ Ａ００６） 作者简介 ：陈建 中 （１９７８．），男 ，博士 ，副教授 ，硕士研究 生导师 ，主要从 事复合材料结构及其应用 、结构检测技术 等方 面的研究 。