妙隘水庫導(dǎo)流隧洞襯砌結(jié)構(gòu)有限元分析及配筋計(jì)算

第30卷　第6期太　原　理　工　大　學(xué)　學(xué)　報(bào)vol130　no16 1999年11月journaloftaiyuanuniversityoftechnologynov.1999 　　文章編號(hào)　100729432(1999)0620633205 軟基大型涵洞襯砌結(jié)構(gòu)有限元分析 孫建生 ① (太原理工大學(xué)建筑與環(huán)境工程學(xué)院) 摘　要　模擬填筑分層加載過程,采用非線性填筑土體與襯砌結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用的有限元方法,確 定涵洞襯砌周邊土體壓力及其分布規(guī)律,并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。 關(guān)鍵詞　填土壓力;涵洞襯砌;有限元分析 中圖分類號(hào)　tv311;tv65212　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼　a 0　引　言 軟基上填埋式涵洞襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算,在水利工程 中是經(jīng)常遇到的工程問題。通常采用結(jié)構(gòu)力學(xué)及彈 性

根據(jù)某水電站引水系統(tǒng)實(shí)際情況,采用ansys三維非線性有限元法,建立其引水系統(tǒng)中新建引水隧洞的三維有限元模型;并對(duì)引水隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。驗(yàn)證襯砌方案和支護(hù)參數(shù)的合理性;同時(shí)提供襯砌配筋計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化建議,論證現(xiàn)有襯砌和支護(hù)方案合理性,補(bǔ)充和完善加固處理措施。結(jié)果表明,引水隧洞各段襯砌在各個(gè)工況下,水平位移最大值為0.41mm,出現(xiàn)在側(cè)面;垂直向最大位移為-6.53mm,出現(xiàn)在頂拱處。襯砌最大第一主應(yīng)力為拉應(yīng)力,其值為2.33mpa,發(fā)生于工況四,出現(xiàn)在頂拱處;襯砌最大第三主應(yīng)力為壓應(yīng)力,其值為-8.19mpa,發(fā)生于工況二,出現(xiàn)在襯砌側(cè)面。由于襯砌c25混凝土的抗壓強(qiáng)度為17mpa,故襯砌結(jié)構(gòu)安全。襯砌采取單層筋布置,各段環(huán)向配筋φ20@200mm,縱向鋼筋φ12@300mm,考慮到方圓漸變段的應(yīng)力狀態(tài)較為復(fù)雜,優(yōu)化設(shè)計(jì)后建議采用50cm厚的襯砌方案。

對(duì)于非板、梁、柱及桿系等較為復(fù)雜的水工結(jié)構(gòu),采用有限單元法計(jì)算,不僅可適應(yīng)結(jié)構(gòu)體型以及邊界條件的復(fù)雜性,而且可以較為準(zhǔn)確地得出結(jié)構(gòu)變形情況及內(nèi)部應(yīng)力的分布,進(jìn)而依據(jù)應(yīng)力分布計(jì)算截面配筋量。結(jié)合夾巖水利樞紐壩后廠房工程實(shí)例,建立三維有限元模型,分析了廠房變形特征,并根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析了結(jié)構(gòu)所需的配筋量。

對(duì)于非板、梁、柱及桿系等較為復(fù)雜的水工結(jié)構(gòu),采用有限單元法計(jì)算,不僅可適應(yīng)結(jié)構(gòu)體型以及邊界條件的復(fù)雜性,而且可以較為準(zhǔn)確地得出結(jié)構(gòu)變形情況及內(nèi)部應(yīng)力的分布,進(jìn)而依據(jù)應(yīng)力分布計(jì)算截面配筋量.結(jié)合夾巖水利樞紐壩后廠房工程實(shí)例,建立三維有限元模型,分析了廠房變形特征,并根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析了結(jié)構(gòu)所需的配筋量.

文章利用有限元的方法建立模型分析了導(dǎo)流洞的變形特性,介紹了各不同工況下(包括:度汛工況、封堵工況、施工工況)導(dǎo)流洞所承受的不同荷載組合,并結(jié)合計(jì)算結(jié)果研究了洞邊襯砌段的變形特征。

文章運(yùn)用荷載—結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,把隧道襯砌簡(jiǎn)化成合理的計(jì)算力學(xué)模型,并運(yùn)用有限元方法進(jìn)行數(shù)值內(nèi)力計(jì)算,對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。該計(jì)算方法計(jì)算精度可靠,過程簡(jiǎn)單明了,避免了結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算法中內(nèi)力集中的缺點(diǎn)。

對(duì)黃土隧洞與建筑物連體結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱連體結(jié)構(gòu)）應(yīng)用有限元方法進(jìn)行了空間和平面靜力分析，探討了連體結(jié)構(gòu)計(jì)算方法．分析過程中選用了不同的計(jì)算模型，經(jīng)過大量的計(jì)算與分析比較，提出了一種反映實(shí)際受力特性的可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的平面分析模型，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)意義．

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1 汽車結(jié)構(gòu)有限元分析技術(shù)(ansys) 課程編碼：202062課程英文譯名：thefiniteelementanalysisofautomobile structure 課程類別：專業(yè)選修課 開課對(duì)象：車輛工程開課學(xué)期：第7學(xué)期 學(xué)分：2.5學(xué)分；總學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí)；理論課學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)； 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0學(xué)時(shí)；上機(jī)學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí) 先修課程：理論力學(xué)、材料力學(xué)、汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚?教材：黃國權(quán)，有限元法基礎(chǔ)及ansys應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 參考書： 【1】朱伯芳．有限單元法原理和應(yīng)用（第二版）．北京：中國水利水電出版社，1998 【2】丁皓江，何福保．彈性和塑性力學(xué)中的有限元法．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 【3】蔣孝煜．有限元法基礎(chǔ)．北京：清華大學(xué)出版社，1992 【4】

導(dǎo)流隧洞廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中,鋼筋混凝土襯砌支護(hù)也是目前導(dǎo)流隧洞的主要支護(hù)方式。采用非線性有限元分析方法,對(duì)某水電站導(dǎo)流隧洞洞身特征斷面進(jìn)行了計(jì)算,并引入了點(diǎn)點(diǎn)接觸單元,對(duì)在內(nèi)水作用下圍巖和鋼筋混凝土襯砌之間存在初始縫隙時(shí)的聯(lián)合承載特性進(jìn)行了分析;引入了接縫單元,對(duì)圍巖與鋼筋混凝土襯砌接觸部分在外水作用下的工作特性進(jìn)行模擬,分析了襯砌與圍巖接觸面強(qiáng)度對(duì)襯砌應(yīng)力的影響,研究結(jié)果對(duì)其他導(dǎo)流隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工具有一定的指導(dǎo)意義。

【目的】針對(duì)目前水工壓力隧洞配筋設(shè)計(jì)中公式法、邊值法和一般有限元法計(jì)算結(jié)果差異較大,使工程設(shè)計(jì)人員難以決斷的問題,建立更符合壓力隧洞實(shí)際工作性態(tài)的配筋計(jì)算方法?！痉椒ā吭谄饰霈F(xiàn)有計(jì)算方法基本假定的基礎(chǔ)上,建立了一套數(shù)值模擬方法,即采用katona裂縫單元模擬襯砌中的裂縫,通過特殊的鋼筋及跨縫筋單元模擬鋼筋與混凝土相互作用及跨縫處作用機(jī)制,推求較為真實(shí)的襯砌應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力及裂縫寬度,然后根據(jù)設(shè)計(jì)條件確定配筋方案?！窘Y(jié)果】采用建立的數(shù)值分析方法,對(duì)金沙江魯?shù)乩娬緣毫σ矶催M(jìn)行對(duì)比計(jì)算分析,結(jié)果顯示,當(dāng)內(nèi)水壓力水頭為1.3mpa(130m)、圍巖為ⅳ類時(shí),采用建議方法得到的配筋方案為5φ25(4900mm2),介于邊值法20φ30(28260mm2)和公式法3φ16(1200mm2)之間。【結(jié)論】利用所建立的計(jì)算方法得到的配筋結(jié)果與實(shí)際較為吻合,能夠幫助設(shè)計(jì)人員合理確定水工壓力隧洞配筋方案。

通過在微機(jī)上用sap5有限元法對(duì)施工升降機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算,對(duì)各種型式施工升降機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提出了新的設(shè)計(jì)方法和實(shí)用軟件程序。

通過在微機(jī)上用sap5有限元法對(duì)施工升降機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算,對(duì)各種型式施工升降機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提出了新的設(shè)計(jì)方法和實(shí)用軟件程序。

通過在微機(jī)上用sap5有限元法對(duì)施工升降機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算,對(duì)各種型式施工升降機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提出了新的設(shè)計(jì)方法和實(shí)用軟件程序。

應(yīng)用通用有限元分析軟件ansys對(duì)一種型號(hào)的模板臺(tái)車建立了比較完善的有限元模型,對(duì)臺(tái)車各種工況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形進(jìn)行計(jì)算,找出了模板臺(tái)車結(jié)構(gòu)中存在的不足,并提出了改進(jìn)措施,從而為模板臺(tái)車的優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)及使用提供依據(jù)。

巖體的穩(wěn)定性分析是工程地質(zhì)和巖體力學(xué)非常重要的研究課題,而噴錨支護(hù)和襯砌對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定性起到重要的作用。通過有限元模擬了隧洞在施工過程和運(yùn)行過程中圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)變形規(guī)律,為圍巖和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。

豎向配筋磚砌體抗震性能試驗(yàn)研究及有限元分析

　2000年10月 水　　利　　學(xué)　　報(bào) shuili　　xuebao第10期 收稿日期:1999211202 作者簡(jiǎn)介:孫建生(1958-),男,山西太谷人,碩士,主要研究方向水工結(jié)構(gòu)及水工結(jié)構(gòu)抗震. 文章編號(hào):055929350(2000)1020056205 軟基底板外伸式涵洞襯砌結(jié)構(gòu)的有限元分析 孫建生1 (11太原理工大學(xué)水利系,山西太原　030024) 摘　要:本文采用填筑土體應(yīng)力應(yīng)變非線性雙曲線模型,提出模擬涵洞施工分層填筑加載過程及填筑土體與襯 砌結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用的有限元分析方法,得出軟基底板外伸式大型涵洞襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力及襯砌周邊填筑土體壓力、開 挖基面上邊荷載的分布規(guī)律.計(jì)算成果已為實(shí)際工程設(shè)計(jì)采用. 關(guān)鍵詞:涵洞襯砌;填土壓力;非線性有限元 中圖分類號(hào):tv3

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論提出堵頭結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上,使用大型通用有限元軟件ansys,分析導(dǎo)流隧洞堵頭結(jié)構(gòu)在封堵工況下的應(yīng)力、變形分布規(guī)律,并采用整體安全系數(shù)法進(jìn)行堵頭結(jié)構(gòu)的整體抗滑穩(wěn)定分析;然后,對(duì)初步設(shè)計(jì)的堵頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使堵頭結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)果表明,有限單元法對(duì)采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法得到的堵頭設(shè)計(jì)成果具有較大的優(yōu)化作用,可以為堵頭設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)提供參考。

羅貢水電站導(dǎo)流隧洞襯砌金屬結(jié)構(gòu)的安裝 m．a(chǎn)．安托蟈克’等 羅貢水電站導(dǎo)流隧洞墩區(qū)截面為l7．5n2 ×9／]2，每條隧洞設(shè)計(jì)流量為l880m。／s，襯 砌段長(zhǎng)174．112(圖1)。不計(jì)底板鋼筋結(jié) 構(gòu)安裝量和混凝土方量，兩條隧洞襯砌金屬 結(jié)構(gòu)安裝工程量為52l7t。 矩形截面水工隧洞鋼襯護(hù)結(jié)構(gòu)和與其連 接的鋼筋混凝士襯砌支護(hù)鋼筋的安裝，采用 的都是傳統(tǒng)的方法，該法就是在狹窄的焊接 作業(yè)空間區(qū)內(nèi)對(duì)支護(hù)和鋼筋進(jìn)行單獨(dú)的連續(xù) 安裝。 上述方法的缺點(diǎn)在于：裝配和焊接工作 量大；由于焊接和裝配工作是在支護(hù)空間特 別狹窄的條件下進(jìn)行的，困此勞動(dòng)生產(chǎn)率不 高；不可能保證安裝結(jié)構(gòu)有較高的焊接質(zhì) 量；需動(dòng)用大量腳手架用于鋼筋的裝配和焊 接；在有限的空間條件下施工危險(xiǎn)性大以及 在封閉的空問內(nèi)焊接和氣割有損施工人員的 健康。 為了消除這些缺點(diǎn)，根據(jù)

針對(duì)tlj900型架橋機(jī),分析了計(jì)算工況及計(jì)算載荷,用ansys軟件建立shell63彈性殼單元模型,對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進(jìn)行有效處理,對(duì)各工況應(yīng)力、變形等進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)某公司提供的升降施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸,利用ansa和ansys軟件接口,采用精度較高的三維實(shí)體單元準(zhǔn)確建立施工升降平臺(tái)結(jié)構(gòu)的有限元模型,并對(duì)其進(jìn)行4種工況下結(jié)構(gòu)的安全校核模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,工況1、3和工況2、4下作用載荷成線性,僅需考慮最危險(xiǎn)載荷工況3和工況4；任意工況下升降施工平臺(tái)最危險(xiǎn)位置發(fā)生在風(fēng)載作用的頂部網(wǎng)框橫桿與豎桿焊接處,計(jì)算結(jié)果符合強(qiáng)度要求。分析結(jié)果可為施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供參考依據(jù)。