Ansys在土木工程結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的工作課件

Ansys在土木工程結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的最新工作

楊令強(qiáng)博士濟(jì)南大學(xué)土木工程系A(chǔ)nsys在土木工程結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的最新工作楊令強(qiáng)博士概述背景應(yīng)用實(shí)例介紹今后開展的工作結(jié)論概述背景背景（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)。背景（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，需要背景（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)”，專門從事地震工程研究，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越高。背景（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)項(xiàng)目介紹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)壓井開挖穩(wěn)定性分析高技術(shù)廠房結(jié)構(gòu)微振響應(yīng)分析項(xiàng)目介紹成都市市政中心抗震性能分析成都市政中心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，沿y軸嚴(yán)重不對(duì)稱，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。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5層平面圖第一層第十一層第十五層第四層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)有限元建模桿件單元：BEAM188樓板、墻單元：SHELL1SHELL181SHELL181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)化模型計(jì)算工況模態(tài)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)分量輸入地震波人工模擬波美國(guó)SanFernandoM6.5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第二周位移反應(yīng)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波層間位移變形形式：頭部彎剪型，尾部彎曲型層間位移變形形式：頭部彎剪型，尾部彎曲型剪力墻應(yīng)力反應(yīng)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)力柱內(nèi)力反應(yīng)樓層1區(qū)2區(qū)3區(qū)V（kN）V/fcAV（kN）V/樓板應(yīng)力反應(yīng)樓板應(yīng)力反應(yīng)大震下位移反應(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，無位移薄弱層。剪力墻承擔(dān)了85%的總剪力，說明剪力墻布置合理。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，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

某雷達(dá)天線塔，高9m，半徑3.2m,采用人工挖孔擴(kuò)底灌注樁基，共8根樁，樁徑1m，承臺(tái)厚1.3m，位于較軟弱的地基上。因工藝要求需要了解結(jié)構(gòu)的自振頻率雷達(dá)天線塔考慮土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同工作自振特性研究

某雷達(dá)有限元模型

采用三維實(shí)體元，上部結(jié)構(gòu)單元數(shù)32872，節(jié)點(diǎn)113921，地基、承臺(tái)和樁單元數(shù)17865，節(jié)點(diǎn)數(shù)46257。地基范圍取2.5倍承臺(tái)直徑，四周為對(duì)稱邊界，底部固定。有限元模型采用三維實(shí)體元，上部結(jié)構(gòu)單元數(shù)32872分析工況上部結(jié)構(gòu)-土-樁全系統(tǒng)自振頻率分析；用彈簧替代土模型自振頻率分析，彈簧剛度系數(shù)由地基土的靜力分析獲得；自振頻率影響因素研究。分析工況上部結(jié)構(gòu)-土-樁全系統(tǒng)自振頻率分析；工況1分析結(jié)果第一振型，f1=1.6093Hz第二振型，f2=1.6098Hz第三振型，f3=1.9612Hz如不考慮土的影響，按結(jié)構(gòu)基頂固定考慮第一頻率為32Hz。工況1分析結(jié)果第一振型，f1=1.6093Hz第二振型，f工況2分析結(jié)果f1=3.35Hzf2=8.45Hzf3=16.95Hzf4=21.20Hzf5=32.74Hz工況2分析結(jié)果f1=3.35Hzf2=8.45Hzf3=16工況3分析結(jié)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模擬不同加固地基情況時(shí)結(jié)構(gòu)的自振頻率注：第一次換土指（-0.3—4.3）m的土換為混凝土材料，第二次換土指樁底高度1m以上的原土換為C15混凝土。工況3分析結(jié)果12345678910未加固3.358.451小結(jié)當(dāng)土較軟弱時(shí)，土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同作用效應(yīng)顯著，計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振特性應(yīng)考慮土-樁-上部結(jié)構(gòu)的共同工作；當(dāng)采用全模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的特征值時(shí)，應(yīng)正確判斷結(jié)構(gòu)的模態(tài)和土局部模態(tài)；利用土彈簧模型計(jì)算特征值是可行的，但要考慮合理的方法確定彈簧剛度。小結(jié)當(dāng)土較軟弱時(shí)，土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同作用效應(yīng)顯著，計(jì)算結(jié)福堂水電站調(diào)壓井開挖穩(wěn)定性分析建立三維有限元模型，研究在自重荷載作用下圍巖與襯砌的受力和變形情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反演初始地應(yīng)力和材料參數(shù)。利用ANSYS軟件的生死單元功能模擬調(diào)壓井的施工開挖狀況，以確定合理的施工順序和施工方法。分析施工過程圍巖的穩(wěn)定性，研究調(diào)壓井在支護(hù)、鋼筋混凝土襯砌及圍巖共同作用下的工作性能。

福堂水電站調(diào)壓井開挖穩(wěn)定性分析建立三維有限元模型，研究在自重工程概況福堂水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)的岷江干流上，裝機(jī)容量360MW，由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐組成。引水隧洞全長(zhǎng)約20km，最大引用流量251m3/s；調(diào)壓井設(shè)計(jì)為開敞差動(dòng)式，圓形斷面，內(nèi)徑31m，深110m,為亞洲第一深井。

工程概況福堂水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)的岷有限元模型圍巖部分采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元Solid45及其銳化的十節(jié)點(diǎn)四面體單元Solid92，襯砌部分采用混凝土單元Solid65。模型邊界條件：四周側(cè)立面采用對(duì)稱邊界條件，底部采用固定約束。材料分兩層：上部為四類巖體，下部為三類巖體。單元數(shù)69316、節(jié)點(diǎn)數(shù)36803。有限元模型圍巖部分采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元Solid45及其銳化反演分析高程實(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)位移與計(jì)算位移對(duì)比表根據(jù)勘測(cè)資料建議范圍取不同的參數(shù)組合，利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反復(fù)試算、反演；反演條件主要考慮不同高程后邊坡的沉降為控制值；確定彈性模量為1260m高程以上E=2.5GPa，1260m高程下部為E=7GPa。反演分析高程實(shí)測(cè)應(yīng)力（MPa）實(shí)測(cè)位移（mm）計(jì)算應(yīng)力（MP自重荷載作用下結(jié)構(gòu)變形情況整體結(jié)構(gòu)變形圖Z向位移分布圖最大豎向位移為10.8mm，發(fā)生在后邊坡，井周最大豎向位移6.5mm自重荷載作用下結(jié)構(gòu)變形情況整體結(jié)構(gòu)變形圖Z向位移分布圖最大自重荷載作用下襯砌變形情況井筒徑向位移最大值6.19mm，發(fā)生在后邊坡側(cè)1260m高程；井筒環(huán)向位移最大值約5mm，發(fā)生在福堂溝側(cè)自重荷載作用下襯砌變形情況井筒徑向位移最大值6.19mm，結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力分布圖結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力分布圖襯砌等效應(yīng)力分布圖

襯砌等效應(yīng)力分布圖

開挖穩(wěn)定性分析研究隨開挖、襯砌的進(jìn)行，調(diào)壓井圍巖的應(yīng)力和位移的變化規(guī)律。通過對(duì)比分層開挖圍巖應(yīng)力與位移的變化，研究不同開挖施工方法對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。一次開挖、一次襯砌一次襯砌兩層開挖、兩次襯砌未開挖一次開挖襯砌1未開挖開挖1襯砌2開挖2應(yīng)用生死單元開挖穩(wěn)定性分析研究隨開挖、襯砌的進(jìn)行，調(diào)壓井圍巖的應(yīng)力和位開挖分析應(yīng)力位移結(jié)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21-7.780.39-0.07-0.412-0.66-3.49-0.10-0.9130.56-0.44-0.09-0.3940.253.48-0.09-0.991260m高程截面控制點(diǎn)的應(yīng)力位移值表

一次性開挖時(shí)1260m高程截面控制點(diǎn)的應(yīng)力位移值表

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開挖分析應(yīng)力位移結(jié)果載荷步控制點(diǎn)徑向位移(mm)環(huán)向位移(m結(jié)果分析調(diào)壓井有限元分析結(jié)果與監(jiān)測(cè)成果基本相符，表明模型合理地模擬了復(fù)雜地形對(duì)結(jié)構(gòu)體的影響。襯砌的分析表明其內(nèi)力分布不均勻，局部應(yīng)力較大。計(jì)算顯示后邊坡側(cè)的變形較大，應(yīng)該加強(qiáng)錨固，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，以防邊坡滑移和塌落影響調(diào)壓井的正常使用。通過“二次開挖、襯砌”與“一次性開挖、襯砌”的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析,表明分層開挖時(shí)圍巖應(yīng)力、應(yīng)變變化幅度相對(duì)較小,有利于圍巖穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行的材料彈性模量的反演計(jì)算，所確定的參數(shù)能基本反映材料的性能。有一定的可靠度。為下一步多參數(shù)反演分析打下了基礎(chǔ)。結(jié)果分析調(diào)壓井有限元分析結(jié)果與監(jiān)測(cè)成果基本相符，表明模型合理今后開展的工作

結(jié)構(gòu)類型：建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、巖土工程、道路工程、地下工程、水工結(jié)構(gòu)等分析項(xiàng)目：非線性靜、動(dòng)力分析、彈塑性分析、地震反應(yīng)分析、溫度應(yīng)力分析、上下部共同作用分析、工程安全穩(wěn)定分析、施工模擬分析分析手段：利用通用軟件、計(jì)算平臺(tái)，針對(duì)特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件再開發(fā)或編寫程序。聯(lián)合工程單位申報(bào)科研課題，聯(lián)合攻關(guān)，共同解決工程難題。今后開展的工作結(jié)構(gòu)類型：建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、巖土工程、道結(jié)論數(shù)值分析已成為結(jié)構(gòu)研究的主要手段之一，涉及土木工程的各個(gè)領(lǐng)域；數(shù)值分析以計(jì)算力學(xué)為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)科學(xué)為手段，正飛速發(fā)展，解決越來越多的工程問題；數(shù)值分析是一項(xiàng)更高依賴智力的工作，成功的實(shí)施需要理論、經(jīng)驗(yàn)和軟件。結(jié)論數(shù)值分析已成為結(jié)構(gòu)研究的主要手段之一，涉及土木工程的各個(gè)謝謝大家！謝謝大家！謝謝你的閱讀知識(shí)就是財(cái)富豐富你的人生謝謝你的閱讀知識(shí)就是財(cái)富43Ansys在土木工程結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的最新工作

楊令強(qiáng)博士濟(jì)南大學(xué)土木工程系A(chǔ)nsys在土木工程結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的最新工作楊令強(qiáng)博士概述背景應(yīng)用實(shí)例介紹今后開展的工作結(jié)論概述背景背景（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)。背景（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，需要背景（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)”，專門從事地震工程研究，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越高。背景（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)項(xiàng)目介紹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)壓井開挖穩(wěn)定性分析高技術(shù)廠房結(jié)構(gòu)微振響應(yīng)分析項(xiàng)目介紹成都市市政中心抗震性能分析成都市政中心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，沿y軸嚴(yán)重不對(duì)稱，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。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5層平面圖第一層第十一層第十五層第四層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)有限元建模桿件單元：BEAM188樓板、墻單元：SHELL1SHELL181SHELL181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)化模型計(jì)算工況模態(tài)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)分量輸入地震波人工模擬波美國(guó)SanFernandoM6.5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第二周位移反應(yīng)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波層間位移變形形式：頭部彎剪型，尾部彎曲型層間位移變形形式：頭部彎剪型，尾部彎曲型剪力墻應(yīng)力反應(yīng)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)力柱內(nèi)力反應(yīng)樓層1區(qū)2區(qū)3區(qū)V（kN）V/fcAV（kN）V/樓板應(yīng)力反應(yīng)樓板應(yīng)力反應(yīng)大震下位移反應(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，無位移薄弱層。剪力墻承擔(dān)了85%的總剪力，說明剪力墻布置合理。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，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

某雷達(dá)天線塔，高9m，半徑3.2m,采用人工挖孔擴(kuò)底灌注樁基，共8根樁，樁徑1m，承臺(tái)厚1.3m，位于較軟弱的地基上。因工藝要求需要了解結(jié)構(gòu)的自振頻率雷達(dá)天線塔考慮土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同工作自振特性研究

某雷達(dá)有限元模型

采用三維實(shí)體元，上部結(jié)構(gòu)單元數(shù)32872，節(jié)點(diǎn)113921，地基、承臺(tái)和樁單元數(shù)17865，節(jié)點(diǎn)數(shù)46257。地基范圍取2.5倍承臺(tái)直徑，四周為對(duì)稱邊界，底部固定。有限元模型采用三維實(shí)體元，上部結(jié)構(gòu)單元數(shù)32872分析工況上部結(jié)構(gòu)-土-樁全系統(tǒng)自振頻率分析；用彈簧替代土模型自振頻率分析，彈簧剛度系數(shù)由地基土的靜力分析獲得；自振頻率影響因素研究。分析工況上部結(jié)構(gòu)-土-樁全系統(tǒng)自振頻率分析；工況1分析結(jié)果第一振型，f1=1.6093Hz第二振型，f2=1.6098Hz第三振型，f3=1.9612Hz如不考慮土的影響，按結(jié)構(gòu)基頂固定考慮第一頻率為32Hz。工況1分析結(jié)果第一振型，f1=1.6093Hz第二振型，f工況2分析結(jié)果f1=3.35Hzf2=8.45Hzf3=16.95Hzf4=21.20Hzf5=32.74Hz工況2分析結(jié)果f1=3.35Hzf2=8.45Hzf3=16工況3分析結(jié)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模擬不同加固地基情況時(shí)結(jié)構(gòu)的自振頻率注：第一次換土指（-0.3—4.3）m的土換為混凝土材料，第二次換土指樁底高度1m以上的原土換為C15混凝土。工況3分析結(jié)果12345678910未加固3.358.451小結(jié)當(dāng)土較軟弱時(shí)，土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同作用效應(yīng)顯著，計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振特性應(yīng)考慮土-樁-上部結(jié)構(gòu)的共同工作；當(dāng)采用全模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的特征值時(shí)，應(yīng)正確判斷結(jié)構(gòu)的模態(tài)和土局部模態(tài)；利用土彈簧模型計(jì)算特征值是可行的，但要考慮合理的方法確定彈簧剛度。小結(jié)當(dāng)土較軟弱時(shí)，土-樁-上部結(jié)構(gòu)共同作用效應(yīng)顯著，計(jì)算結(jié)福堂水電站調(diào)壓井開挖穩(wěn)定性分析建立三維有限元模型，研究在自重荷載作用下圍巖與襯砌的受力和變形情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反演初始地應(yīng)力和材料參數(shù)。利用ANSYS軟件的生死單元功能模擬調(diào)壓井的施工開挖狀況，以確定合理的施工順序和施工方法。分析施工過程圍巖的穩(wěn)定性，研究調(diào)壓井在支護(hù)、鋼筋混凝土襯砌及圍巖共同作用下的工作性能。

福堂水電站調(diào)壓井開挖穩(wěn)定性分析建立三維有限元模型，研究在自重工程概況福堂水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)的岷江干流上，裝機(jī)容量360MW，由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐組成。引水隧洞全長(zhǎng)約20km，最大引用流量251m3/s；調(diào)壓井設(shè)計(jì)為開敞差動(dòng)式，圓形斷面，內(nèi)徑31m，深110m,為亞洲第一深井。

工程概況福堂水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)的岷有限元模型圍巖部分采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元Solid45及其銳化的十節(jié)點(diǎn)四面體單元Solid92，襯砌部分采用混凝土單元Solid65。模型邊界條件：四周側(cè)立面采用對(duì)稱邊界條件，底部采用固定約束。材料分兩層：上部為四類巖體，下部為三類巖體。單元數(shù)69316、節(jié)點(diǎn)數(shù)36803。有限元模型圍巖部分采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元Solid45及其銳化反演分析高程實(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)位移與計(jì)算位移對(duì)比表根據(jù)勘測(cè)資料建議范圍取不同的參數(shù)組合，利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反復(fù)試算、反演；反演條件主要考慮不同高程后邊坡的沉降為控制值；確定彈性模量為1260m高程以上E=2.5GPa，1260m高程下部為E=7GPa。反演分析高程實(shí)測(cè)應(yīng)力（MPa）實(shí)測(cè)位移（mm）計(jì)算應(yīng)力（MP自重荷載作用下結(jié)構(gòu)變形情況整體結(jié)構(gòu)變形圖Z向位移分布圖最大豎向位移為10.8mm，發(fā)生在后邊坡，井周最大豎向位移6.5mm自重荷載作用下結(jié)構(gòu)變形情況整體結(jié)構(gòu)變形圖Z向位移分布圖最大自重荷載作用下襯砌變形情況井筒徑向位移最大值6.19mm，發(fā)生在后邊坡側(cè)1260m高程；井筒環(huán)向位移最大值約5mm，發(fā)生在福堂溝側(cè)自重荷載作用下襯砌變形情況井筒徑向位移最大值6.19mm，結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力分布圖結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力分布圖襯砌等效應(yīng)力分布圖

襯砌等效應(yīng)力分布圖

開挖穩(wěn)定性分析研究隨開挖、襯砌的進(jìn)行，調(diào)壓井圍巖的應(yīng)力和位移的變化規(guī)律。通過對(duì)比分層開挖圍巖應(yīng)力與位移的變化，研究不同開挖施工方法對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。一次開挖、一次襯砌一次襯砌兩層開挖、兩次襯砌未開挖一次開挖襯砌1未開挖開挖1襯砌2開挖2應(yīng)用生死單元開挖穩(wěn)定性分析研究隨開挖、襯砌的進(jìn)行，調(diào)壓井圍巖的應(yīng)力和位開挖分析應(yīng)力位移結(jié)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