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水塔穩定及受力分析

水塔是給水工程中常用的一種構筑物,它的主要作用是調節和穩定水壓,貯存和配給用水。水塔主要由水箱、塔身、基礎和一些附屬設施組成,這些附屬設施包括進水管和出水管,爬梯和平臺,避雷和照明裝置,水位控制和指示裝置。水塔的形式多種多樣,僅從塔身材料上分有鋼結構塔身、磚石砌體塔身和鋼筋混凝土塔身,塔身受力體系又有支架式和筒壁式兩種。對于支架式,通常由 4 根、6 根及 8 根柱子加支承組成,支柱可以是直立的,如為了增強水塔的整體穩定性,也可把支柱做成下部外傾的傾斜式,傾斜度一般控制在 1 / 20 ~ 1 /30 之間。支架式塔身輕巧,迎風面小,節省材料,受力比較合理; 筒壁式塔身剛度大,抗震性能好,但筒壁過薄則容易發生屈曲失穩。水塔穩定分析,當結構所受載荷達到某一值時,若增加一微小的增量,則結構的平衡位形將發生很大的改變,這種情況叫作結構失穩或屈曲,相應的載荷稱為屈曲載荷或臨界載荷。失穩的形式按照臨界狀態的特征可分為分支點失穩、極值點失穩以及躍越失穩。薄壁圓柱殼的屈曲,圓柱殼結構同樣廣泛應用于工程結構中。對于薄壁圓柱殼的穩定性研究,早期研究人員發現其線性屈曲理論與實驗值相差很大。薄殼屈曲問題的研究推動了近代彈性穩定理論的建立和發展,直到現在,薄殼穩定性問題仍然是近代非線性力學研究領域中最重要的基本研究方向之一。實驗表明,圓柱殼的屈曲對于幾何缺陷和邊界條件十分敏感。從軸壓圓柱殼實驗得到的屈曲載荷比線性屈曲理論所得結果小很多。這種差異曾被認為是由于試件的缺陷及邊界約束假設不理想所致。但是在許多情況下,所測到的屈曲承載力并不能認為完全與缺陷程度相關。雖然它們的后屈曲特性與載荷類型有關,但其后屈曲承載能力一般都遠低于其屈曲載荷。
 

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