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0517-6611(2018)21-0185-04
StudyontheStressConcentrationPhenomenonabouttheCircularArchandStraightWallWaterCellarZHANGShihua (Monitoring&SupervisionCenterofWaterandSoilConservation,AnhuiSurvey&DesignInstituteofWaterConservancy&Hydropower,Hefei,Anhui230000)Abstract ThecylindricalwatercellarisacommonrainfallcollectionfacilityinnorthwestwatershortageareasofChinaandwaterresourcesdistributedunbalancedareas.Thelackofanalysisonwatercellarspatialstructureandignoringwatercellarstressconcentrationproblemshaveledtodamageonthewatercellarstressconcentrationsitesoragreaterthicknessofthewastematerial.Inthisresearch,wecalculatedthestressdistributionofthewatercellartoverifythewatercellarstrengththroughanalyzingthewatercellarstructurebyANSYSsoftware,andobtainedthedifferentvolumesofwatercellargeometryoptimizationbyANSYSoptimaldesigningtheory,soastousetheminimumwatercellarmaterialsastheobjectivefunction,andtouseallowablestressofthematerialastheconstraincondition.Then,accordingtotheoptimalsizes,theworkercouldbuildthiskindofwatercellarconveniently,andthisresearchprovidedtheoreticalbasisforthedevelopmentofnewwatercellar.Keywords Circulararchandstraightwallwatercellar;Finiteelement;Stressconcentration
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Fig.1 Theskepticalmapofrightangleandfilletwatercellar
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Table1 Maximumstressofrightangleandfilletwatercellarunderthemostunfavorableconditions
§&
Workingcondition
ðÛß��æ
Bottomdesignofwatercellar
S1maxkPa
S1minkPa
S2maxkPa
S2minkPa
S3maxkPa
S3minkPa
62y�
Maximumdisplacement
m)í N�
734.18 -422.21 21.71 -620.73 5.94 -2008.00 0.000064Noload
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549.88 -377.17 58.50 -570.39 1.62 -1221.00 0.000063ií N�
779.88 -7.36 241.80 -38.71 156.47 -337.05 0.000026Fullyloaded
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423.48 -166.28 188.37 -320.33 32.18 -378.21 0.000029
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(m);R1k���
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(m);TkÛÚå1
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(m3);Vink
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,σskæï0þ�
(kPa);[σs]kHô0þ�
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(mm);[S]kè
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20、40、60m3ðÛ
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789.05、907.33Ù
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Table2 Optimalresultsofdifferentvolumeswatercellarunderthemostunfavorableconditions
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Workingcondition
Yâ
Volumem3
S1maxkPa
S1minkPa
S2maxkPa
S2minkPa
S3maxkPa
S3minkPa
62y�
Maximumdisplacementmm
Tm
Rm
R1m
Hm
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Materialconsumptionm3
)í
20 895.18 -682.32 126.24-1207.70 57.03 -1965.60 0.09 0.08 1.57 0.13 1.55 3.38Noload 40 883.80 -531.25 90.56 -818.33 2.27 -1889.50 0.12 0.11 1.80 0.17 2.73 7.18
60 884.99 -554.44 103.09 -889.45 4.88 -1774.90 0.14 0.14 1.93 0.25 3.83 12.03ií
20 789.05 -39.17 364.65 -234.27 38.83 -317.92 0.06 0.06 1.65 0.17 1.24 2.06Fully 40 907.33 -7.38 437.21 -165.20 49.51 -334.87 0.08 0.08 2.07 0.16 1.61 4.53loaded 60 874.32 -16.74 432.44 -243.02 51.02 -296.61 0.10 0.10 2.47 0.30 1.47 7.56
907.33kPa,vVª¿¾_0n1
910kPa;62nþ�ÿ#
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7.38~1965.60kPa,��Vª¿¾_nn1
7200kPa,a
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0.00006m.
0.00014mGVª
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20m3/
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60m3M
,ÛK
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R=1.57、1.80、1.93m;ß���Â�
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20、40Ù
60m3M
,ÛK·L6�
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T=0.06、0.08、0.10m;ðÛÂ�
R=1.65、2.07、2.47m;ß���Â�
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Table3 Optimalresultsofdifferentvolumeswallchangedcellarunderthemostunfavorableconditions
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Workingcondition
Yâ
Volumem3
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S1minkPa
S2maxkPa
S2minkPa
S3maxkPa
S3minkPa
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Maximumdisplacementmm
T1m
T2m
Rm
R1m
Hm
¿¾ô&
Materialconsumptionm3
)í
20 887.18 -933.59 148.63-1750.80 21.63 -2199.60 0.11 0.05 0.09 1.64 0.14 1.26 2.71Noload 40 827.59 -718.75 96.44-1193.20 14.534 -1926.60 0.13 0.06 0.12 1.79 0.17 2.76 5.63
60 879.84-1253.20 157.61-2348.30 12.602-3077.00 0.14 0.05 0.17 2.30 0.26 2.01 8.23ií
20 738.28 -0.01 361.89 -142.17 30.29 -171.97 0.06 0.05 0.05 1.76 0.21 0.89 2.08Full 40 908.42 -3.75 341.53 -154.11 38.23 -260.60 0.09 0.05 0.08 2.17 0.20 1.25 4.56load 60 902.72 -7.37 412.79 -202.20 45.16 -265.28 0.001 0.08 0.09 2.45 0.26 1.54 7.64
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