南水北调大型输水箱涵三维有限元结构分析

南水北调中线干线天津干线保定2段采用整浇钢筋混凝土输水箱涵结构型式,结构的应力、变形状态很复杂,用ANSYS程序对箱涵结构进行三维静力分析,并与结构力学法进行比较.     

调压井结构内力计算研究

针对目前水电站调压井结构向体形巨大化、地质条件多样化、受力条件复杂化发展的方向,内力计算方法对调压井安全性和经济性非常重要。通过结构力学法、线弹性有限元法和非线性有限元法3种方法计算,分析计算调压井结构的受力特征。结果表明:调压井的内力自上而下逐渐增加,较大内力在井筒与底板相接处,最大内力在压力钢管开孔下缘点。调压井底板的内力由板中心向外增大,在底板与井筒相接处内力较大。经这3种计算方法比较,非线性有限元法计算内力最小,配筋量最小。因此非线性有限元法精准反映结构实际受力情况,使调压井结构配筋最经济和合理,使选定调压井的结构为最优结构。     

大型多槽式矩形渡槽结构静力分析

根据大型多槽式矩型渡槽槽身结构及其受力特点,采用结构力学法使复杂的空间结构分离成相互联系的两个平面问题:横向计算时,横梁底部弹性支承在各纵梁上,根据力法位移协调理论,给出了双槽式和三槽式渡槽横向结构弹性支承反力的计算公式,并依此求得结构的横向受力与弹性支承反力;以弹性反力作为荷载,反向作用于纵梁上,从而进行纵向梁的受力分析。通过三维实体有限元软件(MIDAS)对某大型三槽式渡槽单跨槽身整体进行了建模分析,并将结构力学法和有限元法计算所得结果进行了比较分析,验证了方法的合理性和公式的准确性。利用其进行渡槽结构计算,能满足工程设计的精度要求。     

一种改进的混凝土蜗壳结构平面框架分析法

钢筋混凝土蜗壳是低水头水电站厂房的主要结构之一,其形状比较复杂,主要结构计算方法有平面框架法和三维有限元法,其中以结构力学为主的平面框架分析法是最常用的方法。传统平面框架分析法由于未考虑平面框架之间的相互作用(环向影响),计算成果与实际受力有所差异。为此,提出了改进的平面框架分析法,该法以传统平面框架模型为基础,通过改变约束条件,尽可能用平面模型反映三维空间效果。该法在清江高坝洲水电站厂房设计中得以应用,取得了满意的结果,其基本思路和假定已被《水工钢筋混凝土结构设计规范》SL192-2008和《水工设计手册》(第二版)所采纳。     

调压井衬砌应力分析

采用传统的结构力学方法和有限元法对某电站大内径调压井衬砌进行了结构计算。对比分析计算结果表明,两种计算方法的衬砌应力变化规律基本一致,结构力学法计算结果远大于有限元法,因为结构力学法引进大量的假定和简化,忽略围岩对衬砌的抗力作用。有限元法计算结果更符合工程实际,在大型地下工程中,宜采用有限元法进行复核。     

基于接触单元的挡墙结构受力影响分析

为了反映接触单元对于挡墙结构的影响,在挡墙结构与地基之间设置接触单元。利用AYSYS软件模拟了某挡墙在拟定工况下的受力情况,重点对挡墙的应力、变形趋势及配筋结果进行分析。结果表明:考虑挡墙与地基之间的接触,能更真实地反映挡墙结构的受力及变形状态。     

边荷载对箱涵结构内力的影响分析

本文以粉细砂地基上的三孔箱涵为例,采用“截板成梁”法简化成平面问题,按弹性地基上的整体框架结构进行计算,分别对边荷载计算百分数为0％、50％和100％下的箱涵结构内力进行对照分析,考查边荷载对结构内力的影响情况,对箱涵结构设计具有一定工程意义。     

长距离供水工程调压阀井结构计算探讨

采用双向板法、有限元法和弹性地基梁法对调压阀井进行计算分析。双向板法将阀井简化成三边铰支,顶端自由,通过查询系数计算单位板宽的弯矩值;有限元法对结构的整体受力情况进行分析计算,模拟结果更加真实可靠,上述2种方法计算的配筋截面面积基本一致,说明有限元法可用于阀井整体结构计算分析。采用弹性地基梁法计算出的结果较前2种方法的受力钢筋大1个量级,按该结果配筋,结构更趋于安全。笔者在某工程中采用弹性地基梁法对阀井进行配筋。     

引水口结构三维有限元分析

水工建筑物的结构计算一般都可以通过传统的结构力学法解决,但遇到如开孔、异形体型等特殊问题时,传统结构力学的方法难以准确的反应其受力特性,需要通过有限元方法解决。本文以大西沟管道引水工程冬季引水口为例,通过传统结构力学法和有限元法对比分析计算,明确了边墙开孔处结构受力情况。     

基于叠梁模型的反倾层状岩体地基坡顶极限承载力计算方法研究

为研究反倾层状岩体地基坡顶的极限承载力,依据材料力学和结构力学相关理论,建立一种反倾层状岩体地基的叠梁模型,分析其受力情况,并推导了反倾层状岩体地基坡顶极限承载力的计算公式。在模型中,将每个岩层视为一个梁,整个岩体视为梁的集合体,利用梁的受力计算公式进行岩体的承载力计算,并对叠梁模型做出基本假定,区分岩层与坡顶面相交和岩层与坡面相交两种情况,并对整体情况和特殊情况进行受力分析和公式推导。结果表明:所建立叠梁模型可准确反映反倾层状岩体地基的受力状况,依据该模型推导出的公式是岩石地基极限承载力计算的新方法,其物理意义明确;通过算例验证,该计算方法能迅速准确地确定反倾层状岩体地基的稳定性并得到相应的地基极限承载力值。研究成果可为计算相对均质的层状岩体地基的坡顶极限承载力提供借鉴。     

基于有限元法的廖坊灌区渡槽结构内力分析

在实际工程的有限元建模求解过程中,所求解的内力截面往往不是直接由网格单元面构成,无法直接应用有限元内力法求解任意截面的内力值。首先对整体结构构件进行有限元计算,得到网格单元上的结点位移值及对应的应力值等信息;然后将截面所在结构组件的网格单元从三维有限元模型中进行脱离,直接利用"脱离体"网格单元结点的应力值列出截面平衡方程。根据结构力学的方法,可以很方便地对"脱离体"上的"任意"截面的内力进行求解;最后通过一个渡槽的工程应用实例验证了文中提出方法的正确性和可行性。有限元内力法可以很方便地求解结构中指定截面上的内力值,为混凝土结构的配筋设计等提供依据,供工程设计人员参考。     

上埋式涵洞基础埋深效应下的地基承载力研究

为探明上埋式涵洞基础埋置深度对地基承载力的影响,基于太沙基理论与顾安全公式,推导了适用于上埋式涵洞的地基承载力公式。利用有限元软件,分析了地基土的荷载-沉降(P-S)曲线随填土高度的变化规律,确定地基承载力容许值,将不同计算方法得出的地基承载力容许值与有限元计算值进行对比分析,同时分析了涵顶和基底土压力随填土高度的变化规律,探讨了不同计算方法下地基土的抗剪强度对地基承载力的影响,通过工程实例验证本文公式的合理性。研究结果表明:①涵洞侧填土增强了地基土的抗剪强度,使涵洞地基承载力得到提高,其提高程度受到涵洞侧填土附加土压力的影响;②随着地基土的内摩擦角和黏聚力的增加,地基承载力分别呈非线性和近似线性增长趋势,且内摩擦角对地基承载力的影响程度明显大于黏聚力;③本文公式计算的地基承载力与有限元计算值符合较好,且本文公式得出的地基承载力远远大于涵洞基底土压力,符合现场涵洞地基处于安全状态的实际情况。研究成果可为确定上埋式涵洞地基承载力提供理论支撑。     

无支座约束结构在Excel中有限元求解的初步研究

针对水利工程设计中常遇到的无支座约束结构内力计算，以涵洞倒虹吸工程结构为背景，拟探索一种能够在设计中应用的方便快捷的计算方法。经过研究与对比分析，初步确定了用有限单元法原理作为基本理论依据，采用“单元生与死”的技术，以Microsoft Excel 2000作为载体，研究设计出了此类结构的计算模型，并结合此模型研制了一个通用的内力计算表格。给出实例的计算结果与理论值的对比分析曲线。证明了此方法的有效性。     

抽水蓄能电站保压蜗壳复合结构非线性接触分析

针对抽水蓄能机组充水保压蜗壳联合承载结构的受力特性,考虑到钢蜗壳与外包混凝土间的接触传力关系,基于ABAQUS程序平台,引入一种新的不同材料交界面接触单元模型,对某水电站机组蜗壳结构进行非线性接触分析,并将其计算结果与传统简化模型的有限元计算成果及实测资料作比对分析。结果表明:接触单元模型计算成果与实测值较吻合,其更符合工程实际,较好地揭示了充水保压蜗壳复合结构的真实力学行为规律,验证了考虑接触单元模型的合适性,亦为蜗壳结构的优化设计提供了可靠的科学依据。     

沟埋式涵洞垂直土压力的数值模拟

利用大型有限元软件ANSYS,对刚性矩形沟埋式涵洞进行施工过程模拟,分析涵洞土压力的变化规律,讨论沟槽宽度及地基刚度对洞顶垂直土压力的影响.结果表明:方形涵洞顶部具有两边大、中间小的土压力分布;在刚性地基条件下,沟槽宽度较小时,洞顶土压力系数单调减小,沟槽宽度较大时,洞顶土压力系数呈先增后减的趋势;地基弹性模量增大时,涵洞顶部的土压力增大.     

软土深基坑组合开敞式支护数值模拟与监测分析

以某沿海地区深基坑工程为背景,介绍了软土地区采用分级卸荷、重力挡墙和桩锚组合的开敞式基坑支护型式。通过建立三维有限元模型模拟基坑开挖过程,对比数值模拟和现场监测结果,分析了基坑支护桩水平位移和锚杆力的变化规律。结果表明:支护桩变形和锚杆力的模拟值与监测结果趋势一致,实测结果与预测值的整体偏差在15%以内,基坑工程处于安全稳定状态;三维有限元模型可以较好地考虑基坑在组合支护情况下重力挡墙和空间效应对桩锚结构受力的影响,具有较高的可信度;对于软土基坑,将重力挡墙和桩锚组合,并结合分级卸荷,改变了支护结构上的土压力分布规律,能够有效控制基坑变形,确保支护结构稳定。应用成果可以为同类工程提供参考。     

箱涵在多种工作及运行情况下结构设计自动化研究

根据箱涵结构设计的要求,研究了箱涵在多种工作情况和运行条件下利用计算机进行结构设计的方法,在Visual C 6.0软件开发平台上研制开发了箱涵结构设计CAD系统.箱涵结构设计过程中的各项内容被作为各个模块集成在该系统中,并按照实际设计的顺序依次进行.利用该软件系统,可以实现单孔、双孔以及三孔箱涵从各种参数输入,到荷载计算,内力计算,配筋计算,抗裂及挠度验算,以及在各个环节中生成相应的工程图等箱涵结构设计全部内容的计算机辅助设计.该系统已成功地用于南水北调北京段和北京五环路地下通道的箱涵结构设计中.     

刘集地涵洞身结构有限元计算分析

刘集地涵工程已建成18 a,从目前运行情况来看,该工程存在的重大问题不多,但主体工程大多位于地下,不易观测。采用水工结构有限元计算软件(Autobank5.6),计算得出刘集地涵洞身受力情况,从而对洞身配筋进行复核,得出各构件强度均能满足要求的结论,为管理单位提供依据。     

坝后背管结构有限元分析探讨

以李家峡坝后背管为依托,借助具有强大结构分析功能的有限元软件ANSYS分析坝后背管结构应力状态。经分析单元尺度对坝后背管混凝土、钢筋的应力影响小于对钢管的影响;坝体与背管混凝土接缝面的力学效应对背管混凝土、钢筋、钢衬的应力影响很小;计算所得的应力大小规律与类似工程模型试验所得的应力分布规律完全一致,其计算值与规范中用弹性中心法所得的应力值基本接近。