地下沼气池池壁土压力取值方法及池盖受力分析.pdf

第27卷 第4期 农业工程学报 、，01．27No．4 270 2011年4月 TransactionsoftheCSAE Apr．2011 地下沼气池池壁土压力取值方法及池盖受力分析 宫婉婷，丁敏，徐庆磊，蒋秀根※ (中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083) 摘要：为保证地下沼气池结构的安全性，采用Rankirle土压力理论比较了3种常见土质的静止、主动和被动土压力， 并确定了地下钢筋混凝土圆形沼气池池壁土压力取值方法；根据线弹性有限元分析方法，研究了平板、球壳和圆锥台3 种不同形状的沼气池池盖受力性能。结果表明：地下沼气池池壁土压力宜取其静止土压力计算；环梁的设置可以使中部 开圆形洞口的圆锥台形池盖的最大应力减小约40％，宜为其设置环梁。 关键词：沼气，设备，受力测量，池壁，土压力，池盖 doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．04．048 中图分类号：$216．4 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)一04一0270一07 宫婉婷，丁敏，徐庆磊，等．地下沼气池池壁土压力取值方法及池盖受力分析【J]．农业工程学报，2011，27(4)：270 --276． Min，Xu a1．Earth on wallandstress on cover GongWanting，DingQinglei，et pmssurepool analysispool ofundergroundbiogas ofthe Chinesewith digester[J】．TransactionsCSAE，2011，27(4)：270--276．(inEnglishabstract) 计提供参考。 0引言 1研究方法 农村沼气集经济、社会、生态于一体，它不仅是改 变农村用能结构、使用清洁、高效能源的一项基础设施， 本文在考虑地面超载的情况下，比较了3种常见土 还是一项能够改善农村卫生面貌、保障农民身体健康、 质的静止、主动和被动土压力的大小，对不同形状的沼 提高农民生活品质的战略措施。 气池池壁所受土压力进行了分析，从而对其取值提出建 由于沼气池建造在地面以下，其受力状态十分复杂。 议；选取3种有代表性的池盖类型进行数值模拟研究， 对于池壁，不仅需要考虑土压力的问题，还要考虑沼气 所选取的分别是圆形平板池盖、球壳池盖及圆锥台池盖。 池上部活荷载的影响。当沼气池上部没有活荷载时，可 研究考虑壳体边缘的2种支撑情况，一种是在壳体 以按照静止土压力计算；当沼气池上部出现较大的活荷 底部有环梁约束的情况，另一种则是没有环梁约束的情 载时，即考虑地面超载的情况下，它的极限状态如何计 况【9‘11】。在对球壳池盖和圆锥台池盖的研究中，还考虑了 算(按照主动、被动还是静止土压力计算)，设计人员 矢高比对壳体内力分布的影响。由于沼气池池盖通常需 尚未达成共识。 要预留管道的孔洞，因此，该研究还对在壳体中部开圆 农村家用沼气池设计规范【l】中规定了沼气池设计荷 孔及洞口尺寸对壳体应力分布规律的影响进行了研究。 载的确定方法以及混凝土的厚度等。文献[2】表明，池盖 在利用有限元软件ANSYS进行数值模拟研究时，壳体选 采用合理的形状能够提高结构承载能力、节省材料。池 盖的形状及其中心开洞大小会对其受力性能产生很大的 有4个节点，每个节点有6个自由度，具有弯曲能力， 影响f3-5】。 可以承受平面内荷载和法向荷载；环梁选用BEAM4单 多项研究表明，利用