钢筒仓作为一种高效的贮藏结构被广泛应用,随着工农业发展对贮存需求的不断提高,钢筒仓的容量也随之增大,这种大型钢筒仓对工程设计提出了新要求,如何全面地考虑作用于筒仓上的外部作用成为重要问题。由于筒仓通常建造于环境较为空旷的厂区和矿区,使得外露的薄壳结构直接经受着复杂的环境温度作用,如太阳辐射、气温骤降和长期温度作用等都将在筒仓上产生显著的温度效应;加之筒仓所贮存散料体的复杂性,如一些贮料入仓时其自身就有着较高的温度,还有一些贮料如粮食可能在一定的条件下自发生热等等。这些温度作用都会对筒仓的薄壳结构产生影响,而在钢筒仓被广泛应用的几十年中,国内外由于温度作用导致筒仓的破坏事故屡见不鲜。所以研究筒仓上的温度作用和薄壳结构对温度作用的响应都对准确地评估筒仓使用状态的性能有着重要意义,是直接影响结构使用阶段的安全问题。本文通过理论研究和数值分析的方法,研究落地式钢筒仓的温度作用和筒仓在温度作用下的结构响应,为钢筒仓在设计中合理考虑温度作用提供理论基础和参考建议。主要内容和成果如下:(1)基于壳体的弯矩理论,在不同的支承边界条件下,推导了贮料荷载和均匀温度作用下求解仓壁壳体位移和内力的显式计算公式,方便实际工程中准确便捷地计算仓壁的温度效应。在此基础上,运用仓壁的变形协调条件,推导了由高温贮料导致的竖向温差作用时仓壁的位移和内力计算公式,为计算竖向温差作用时仓壁上的温度效应提供了理论基础。(2)基于瞬态热传导理论和ASHRAE太阳辐射模型,运用ANSYS APDL语言实现了钢筒仓在太阳辐射作用下温度场的模拟。对等壁厚和变壁厚空仓时太阳辐射作用下的温度场进行分析,得出了空仓时筒仓温度场的分布规律。然后建立了可以考虑仓壁和贮料间热接触的有限元模型,对有贮料的钢筒仓在太阳辐射作用下的温度场进行分析,得出贮料对太阳辐射温度场的影响。最后以瞬态热传导理论和ASHRAE太阳辐射模型为基础,并综合太阳辐射作用下仓壁温度场的分布形式和参数分析的结果,提出了计算钢筒仓在太阳辐射作用下仓壁温度场的简化方法。(3)研究了在均匀负温度作用下,考虑贮料刚度影响在筒仓上产生的温度侧压力。基于壳体的弯矩理论,并考虑贮料刚度的影响,在不同边界支承条件下推导了仓壁位移和内力的计算公式。用理论分析的方法揭示了贮料刚度对筒仓温度效应产生的影响。(4)建立了可以考虑贮料和仓壁间相互作用的三维数值接触模型来模拟温度作用对钢筒仓侧压力的影响。分析了不同类型温度作用对温度侧压力产生的影响。基于数值计算结果和传统计算方法,对不同高径比筒仓提出了一种改进的温度侧压力计算方法,为工程设计时考虑温度侧压力提供一定参考依据。(5)研究了不同温度作用在大直径落地式钢筒仓上产生的温度效应。分析了太阳辐射温度场作用对实际工程中变壁厚钢筒仓的仓壁应力产生的影响;对比了贮料刚度所导致的温度侧压力对仓壁应力的影响;揭示了不同温度场作用下筒仓结构的响应规律。(6)研究了由高温贮料导致仓壁侧压力发生变化后钢筒仓的屈曲行为,分析了温度作用的大小、几何非线性、材料非线性和不同缺陷形式、幅值对钢筒仓屈曲行为的影响。讨论了温度作用下钢筒仓的屈曲机理,为钢筒仓稳定设计时考虑温度作用的影响提供一定的参考。