ANSYS數(shù)值計(jì)算在土木工程中的應(yīng)用

土木工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析概述（1）現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)正向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，需要高精度的結(jié)構(gòu)分析與精確的過(guò)程仿真，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)；利用數(shù)字技術(shù)替代結(jié)構(gòu)整體試驗(yàn)了解結(jié)構(gòu)受力性能已成為經(jīng)濟(jì)、可靠的捷徑；計(jì)算力學(xué)的發(fā)展為結(jié)構(gòu)數(shù)值分析提供了理論基礎(chǔ)，有限差分法、有限元法、邊界元法…，新算法研究（并行計(jì)算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、反問(wèn)題算法），本構(gòu)理論的發(fā)展等；計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展為高性能計(jì)算提供了條件，三維可視化建模技術(shù)、并行大容量計(jì)算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。概述（2）1991年，美國(guó)“國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)”提出計(jì)算機(jī)仿真分析與建模是美國(guó)新時(shí)期應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一；工程研究進(jìn)入新時(shí)期，美國(guó)自然科學(xué)基金建立機(jī)構(gòu)“GeorgeE.BrownJr.

NetworkforEarthquakeEngineeringResearch(NEES)”，專(zhuān)門(mén)從事地震工程研究，集實(shí)驗(yàn)、計(jì)算為一體，利用實(shí)驗(yàn)室和寬帶網(wǎng)構(gòu)建研究平臺(tái)。15個(gè)裝備先進(jìn)的大型實(shí)驗(yàn)室+網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)NEESgrid；數(shù)值分析的實(shí)現(xiàn)需要操作者具備良好的計(jì)算力學(xué)基礎(chǔ)+工程結(jié)構(gòu)知識(shí)+分析經(jīng)驗(yàn)，熟練建模、選擇計(jì)算方法、對(duì)結(jié)果作出正確的解釋是任一項(xiàng)分析所要求的。結(jié)構(gòu)分析對(duì)軟件的實(shí)用性、準(zhǔn)確性和適用性等方面的要求越來(lái)越高。工程項(xiàng)目的有限元計(jì)算成都市市政中心抗震性能分析某雷達(dá)天線塔考慮土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同工作自振特性研究福堂水電站調(diào)壓井開(kāi)挖穩(wěn)定性分析高技術(shù)廠房結(jié)構(gòu)微振響應(yīng)分析成都市政中心4號(hào)摟典型平面圖結(jié)構(gòu)總高度72.4m，總寬52.5m，單肢寬13.5m。結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度134.368m；結(jié)構(gòu)沿x軸對(duì)稱(chēng)，沿y軸嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)，豎向布置上采取了一邊退臺(tái)、一邊挑出的方案，使重心逐漸向左偏移，各層質(zhì)量、剛度相差較大。層平面圖第一層第十一層第十五層第四層有限元建模桿件單元：BEAM188樓板、墻單元：SHELL181整個(gè)模型共為69243個(gè)單元、55907個(gè)節(jié)點(diǎn)SHELL181混凝土本構(gòu)關(guān)系Saenz公式表示的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算中簡(jiǎn)化的混凝土本構(gòu)關(guān)系鋼材用兩線型本構(gòu)模型計(jì)算工況模態(tài)分析譜分析中震下彈性時(shí)程分析大震下彈塑性時(shí)程分析Mises屈服準(zhǔn)則+隨動(dòng)強(qiáng)化模型輸入地震波人工模擬波美國(guó)SanFernandoM6.5地震記錄二個(gè)分量結(jié)構(gòu)自振周期及振型第一周期1.69s第三周期1.12s第二周期1.54s位移反應(yīng)最大水平位移和同時(shí)刻平均位移比值樓層A1波TH1波TH3波Umax(mm)U0Umax/U0Umax(mm)U0Umax/U0Umax(mm)U0Umax/U013.081.621.913.842.001.923.701.951.90320.110.91.8424.413.61.8023.513.21.78431.717.41.8238.023.61.6137.121.41.73659.833.11.8171.045.11.5770.041.01.71775.841.21.8989.455.41.6188.650.61.751012965.71.9715584.61.8415178.21.931216789.31.872031171.741931021.8814205120.01.702491521.632341391.6815223140.01.592711761.542541611.57層間位移變形形式：頭部彎剪型，尾部彎曲型剪力墻應(yīng)力反應(yīng)柱內(nèi)力反應(yīng)樓層1區(qū)2區(qū)3區(qū)V（kN）V/fcAV（kN）V/fcAV（kN）V/fcA15260.0174780.0273560.02622810.0091350.0082800.02034500.0144460.02610930.07944100.0134460.0267980.05854470.0146050.0353720.035TH1波作用下柱最大剪力及剪壓比

柱等效應(yīng)力樓板應(yīng)力反應(yīng)大震下位移反應(yīng)4號(hào)樓抗震性能分析結(jié)論該結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，中震作用下，結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)，大震作用下，有足夠的抵御變形的能力，保證不倒塌。中震作用下，結(jié)構(gòu)變形呈彎剪型，無(wú)位移薄弱層。剪力墻承擔(dān)了85%的總剪力，說(shuō)明剪力墻布置合理。結(jié)構(gòu)左端剪力墻形成的筒體為薄弱區(qū)域，在中震作用下，局部達(dá)到屈服狀態(tài)，應(yīng)予以加強(qiáng)。柱剪壓比能滿足規(guī)范規(guī)定的小震下的限值，表明柱的抗剪承載力較高。軸壓比均不大于0.7，應(yīng)力分析表明，柱未見(jiàn)屈服。梁在圓弧端部和與連廊連接的部位出現(xiàn)明顯的軸力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按偏壓（拉）構(gòu)件計(jì)算雷達(dá)竭天線昂塔考買(mǎi)慮土四-樁渠-上驚部結(jié)棟構(gòu)共三同工攏作自股振特妖性研爬究某雷之達(dá)天蒼線塔互，高9擔(dān)m，半徑3.2火m,采用人蕩工挖孔盈擴(kuò)底灌繩注樁基昏，共8根樁，柄樁徑1m，承梅臺(tái)厚1.3證m，位于命較軟弱麗的地基盡上。因工白藝要襖求需偽要了品解結(jié)承構(gòu)的否自振扇頻率有限北元模踐型采用三吼維實(shí)體凈元，上烤部結(jié)構(gòu)鴿單元數(shù)32淋87亭2，節(jié)習(xí)點(diǎn)11待39耗21，地基揮、承臺(tái)稻和樁單梅元數(shù)178沫65，節(jié)瀉點(diǎn)數(shù)46披25講7。地基倆范圍擋取2.瓣5倍承臺(tái)晝直徑，塔四周為粘對(duì)稱(chēng)邊省界，底齒部固定培。分析影工況上部戀結(jié)構(gòu)-土-樁全系按統(tǒng)自振欺頻率分夏析；用彈念簧替凳代土擇模型火自振額頻率過(guò)分析貞，彈輩簧剛?cè)喽认蹈矓?shù)由籃地基善土的么靜力舌分析錦獲得優(yōu)；自振趣頻率恥影響蛙因素圖研究根。工況1聞分析結(jié)斑果第一振遣型，f1=1蝴.6捎09質(zhì)3H組z第二振痛型，f2=1奧.6耗09那8H耽z第三振辜型，f3=1.褲961醫(yī)2Hz如不考技慮土的候影響，厘按結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)基頂固恐定考慮幕第一頻板率為3三2Hz健。工況2董分析結(jié)朽果f1=3棋.3頂5H仇zf2=8藏.4霧5H飽zf3=1比6.陷95科Hzf4匆=2述1.絡(luò)20講Hzf5=32鮮.74騾Hz工況3蓋分析結(jié)侵果12345678910未加固3.358.4516.921.232.734.266.767.5110.7110.8換第一層土3.613.708.7935.950.450.585.788.5118.4125.3樁周加混凝土4.1110.722.341.858.959.793.496.5120.1125.9第二次換土4.454.5610.843.559.159.193.997.4118.5125.5模擬訂不同襖加固杜地基頃情況胳時(shí)結(jié)呀構(gòu)的仍自振殿頻率注：第一次躲換土指生（-艙0.3匹—4.準(zhǔn)3）m舌的土換飽為混凝合土材料，第二次還換土指垮樁底高恐度1m盈以上的國(guó)原土換暴為C1冶5混凝繡土。小結(jié)當(dāng)土夕較軟喚弱時(shí)星，土-樁-上部噸結(jié)構(gòu)仿共同儉作用誰(shuí)效應(yīng)螞顯著埋，計(jì)貢算結(jié)絨構(gòu)的類(lèi)自振功特性棒應(yīng)考寒慮土-樁-上部結(jié)謊構(gòu)的共越同工作打；當(dāng)采用選全模型抄計(jì)算結(jié)濱構(gòu)的特竄征值時(shí)咱，應(yīng)正挖確判斷茂結(jié)構(gòu)的矛模態(tài)和糧土局部簽?zāi)B(tài)；利用土孕彈簧模過(guò)型計(jì)算勵(lì)特征值懲是可行膚的，但塞要考慮釀合理的未方法確鍬定彈簧艇剛度。福堂水粉電站調(diào)垂壓井開(kāi)拔挖穩(wěn)定瓜性分析建立三寇維有限朱元模型任，研究臘在自重患荷載作凍用下圍教巖與襯夾砌的受押力和變騎形情況搞，根據(jù)牽現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)攤測(cè)數(shù)據(jù)族，反演恢初始地哨應(yīng)力和薪材料參胳數(shù)。利用AN寬SY禽S軟件的亮生死單四元功能叮模擬調(diào)便壓井的余施工開(kāi)吉挖狀況蓄，以確往定合理切的施工沸順序和膏施工方塵法。分奔析施工設(shè)過(guò)程圍濃巖的穩(wěn)情定性，砍研究調(diào)造壓井在瘦支護(hù)、膝鋼筋混割凝土襯村砌及圍車(chē)巖共同甩作用下熄的工作偉性能。工程概巷況福堂貝水電傲站位案于四鉗川省蹤蝶阿壩盛藏族午羌族或自治毯州汶綿川縣肉境內(nèi)桿的岷聯(lián)江干估流上卸，裝益機(jī)容跨量36村0M遺W，由首部珠樞紐、燥引水系服統(tǒng)和廠窗區(qū)樞紐崖組成。藥引水隧架洞全長(zhǎng)訓(xùn)約20k冬m，最大鉛引用勞流量25瞇1m3/s；調(diào)壓井傘設(shè)計(jì)為沖開(kāi)敞差急動(dòng)式，團(tuán)圓形斷述面，內(nèi)滲徑31宮m，深110亦m,為亞硬洲第押一深群井。有限元狡模型圍巖部努分采用卡八節(jié)點(diǎn)施六面體亦單元So功li土d4其5及其狹銳化喝的十究節(jié)點(diǎn)垃四面翁體單叢元Sol跪id9罰2，襯周砌部蟻分采鞏用混倒凝土宋單元Sol旋id6嗚5。模型邊個(gè)界條件喉：四周林側(cè)立面就采用對(duì)娃稱(chēng)邊界致條件，泛底部采唉用固定象約束。材料分仔兩層：額上部為耀四類(lèi)巖惱體，下咳部為三新類(lèi)巖體怕。單元數(shù)693知16、節(jié)略點(diǎn)數(shù)368相03。反演分腦析高程實(shí)測(cè)應(yīng)力（MPa）實(shí)測(cè)位移（mm）計(jì)算應(yīng)力（MPa）計(jì)算位移（mm）12303.263.9412608.165.429.696.19127010.627.6012803.484.91實(shí)測(cè)位蛋移與計(jì)均算位移容對(duì)比表根據(jù)勘鋸測(cè)資料例建議范戶圍取不頸同的參外數(shù)組合杜，利用截現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)閣測(cè)數(shù)據(jù)煌，反復(fù)胳試算、戰(zhàn)反演；反演蠟條件和主要擠考慮象不同怕高程盟后邊飄坡的樂(lè)沉降謝為控完制值蜓；確定丟彈性故模量滔為126捷0m高程遠(yuǎn)以上E=擔(dān)2.弱5G濕Pa，126滴0m高程蜂下部崇為E=7扒GPa。自重糧荷載卻作用劣下結(jié)矮構(gòu)變固形情光況整體結(jié)支構(gòu)變形規(guī)圖Z向芹位移瞎分布欲圖最大粉豎向聲位移習(xí)為10.傷8mm，發(fā)纏生在沙后邊孔坡，滾井周茄最大扯豎向受位移6.移5m他m自重?cái)篮奢d裂作用眼下襯砌變道形情況井筒偷徑向考位移鍵最大著值6要.1忘9m襯m六，發(fā)旗生在撐后邊炊坡側(cè)剝12潛60糧m高盲程往；井定筒環(huán)蒙向位酒移最賴大值樓約5佳mm協(xié)，發(fā)亦生在腿福堂忽溝側(cè)結(jié)構(gòu)夢(mèng)等效傾應(yīng)力役分布奏圖襯砌找等效擔(dān)應(yīng)力中分布贊圖開(kāi)挖穩(wěn)飛定性分悼析研究慚隨開(kāi)奴挖、菊襯砌涼的進(jìn)圍行，源調(diào)壓櫻井圍傷巖的觀應(yīng)力完和位裹移的菌變化末規(guī)律自。通過(guò)懷對(duì)比帥分層框開(kāi)挖醬圍巖律應(yīng)力震與位樣移的膊變化土，研趕究不鍛同開(kāi)塔挖施忠工方腐法對(duì)糞圍巖冶穩(wěn)定趟的影襲響。一次開(kāi)謹(jǐn)挖、一憐次襯砌一次襯腸砌兩層咐開(kāi)挖壓、兩知次襯面砌未開(kāi)鬧挖一次開(kāi)懂挖襯砌1未開(kāi)嫌挖開(kāi)挖害1襯砌駛2開(kāi)挖纖2應(yīng)用遍生死聲單元開(kāi)挖分釣析應(yīng)力青位移結(jié)雹果載荷步控制點(diǎn)徑向位移(mm)環(huán)向位移(mm)徑向應(yīng)力(Mpa)環(huán)向應(yīng)力(Mpa)未開(kāi)挖1-3.970.72-0.52-0.4320.70-3.46-0.35-1.6633.28-0.24-0.41-0.2241.343.57-0.29-1.55開(kāi)挖11-7.260.31-0.04-0.362-0.45-3.37-0.05-0.8630.71-0.39-0.04-0.3540.143.71-0.06-0.94襯砌11-6.920.31-0.06-0.382-0.26-3.31-0.08-0.8830.87-0.39-0.05-0.3740.353.65-0.09-0.96開(kāi)挖21-7.740.38-0.07-0.392-0.56-3.32-0.09-0.9030.65-0.42-0.09-0.3940.313.51-0.07-0.99襯砌21-7.780.39-0.07-0.412-0.66-3.49-0.10-0.9130.56-0.44-0.09-0.3940.253.48-0.09-0.9912確60徑m高明程截白面控勉制點(diǎn)鈔的應(yīng)堆力位醋移值融表一次噴性開(kāi)坐挖時(shí)君12蒙60很m高起程截趕面控制點(diǎn)闖的應(yīng)力漁位移值幸表載荷步控制點(diǎn)徑向位移(mm)環(huán)向位移(mm)徑向應(yīng)力(Mpa)環(huán)向應(yīng)力(Mpa)未開(kāi)挖1-4.000.57-0.52-0.4520.85-3.42-0.32-1.2633.31-0.29-0.41-0.2941.633.44-0.30-1.40開(kāi)挖11-8.13-1.10-0.04-0.302-0.99-3.55-0.06-0.9030.37-0.39-0.02-0.424-0.403.71-0.05-1.01襯砌11-7.89-1.06-0.06-0.442-0.91-3.47-0.09-0.9530.56-0.50-0.04-0.4740.453.45-0.08-1.01結(jié)果鐵分析調(diào)壓次井有瀉限元削分析婚結(jié)果這與監(jiān)銀測(cè)成各果基掉本相矮符，慈表明廉模型全合理私地模元擬了闖復(fù)雜她地形盯對(duì)結(jié)勸構(gòu)體攀的影問(wèn)響。襯砌登的分匪析表來(lái)明其歸內(nèi)力尾分布巷不均照勻，謊局部適應(yīng)力禿較大巾。計(jì)混算顯帳示后希邊坡蹤蝶側(cè)的盾變形箱較大翻，應(yīng)檢該加鄰強(qiáng)錨贏固，非進(jìn)行侮變形鼻監(jiān)測(cè)上，以逮防邊討坡滑壤移和腿塌落姻影響擠調(diào)壓廊井的寶正常濾使用級(jí)。通過(guò)“汽二次開(kāi)拍挖、襯員砌”與癥“一次掙性開(kāi)挖治、襯砌賢”的計(jì)刪算結(jié)果旬對(duì)比分移析,表明分搬層開(kāi)挖援時(shí)圍巖址應(yīng)力、罷應(yīng)變變蓋化幅度茄相對(duì)較浙小,有利柏于圍升巖穩(wěn)羊定。根據(jù)柱現(xiàn)場(chǎng)支監(jiān)測(cè)憤數(shù)據(jù)糞，進(jìn)都行的翠材料愉彈性容模量睡的反政演計(jì)桐算，灶所確怕定的丹參數(shù)染能基保本反傅映材辱料的岸性能哲。有吧一定欺的可丙靠度銹。為晃下一源步多輕參數(shù)