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)。概述（2）1991年，美國“國家關(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。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)長度134.368m；結(jié)構(gòu)沿x軸對稱，沿y軸嚴(yán)重不對稱，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。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)算雷達(dá)暈天線六塔考隨慮土贊-樁鋼-上垂部結(jié)剩構(gòu)共鄭同工嘗作自擇振特里性研僅究某雷俊達(dá)天葬線塔箏，高9速m，半徑3.剖2脾m,采用酬人工蹄挖孔樓擴(kuò)底報(bào)灌注據(jù)樁基池，共8根樁敲，樁葵徑1m，承蘋臺(tái)厚1.比3m，位富于較鍵軟弱齡的地崖基上阿。因工虜藝要刑求需袖要了貨解結(jié)瞎構(gòu)的猾自振找頻率有限丹元模續(xù)型采用耽三維趟實(shí)體侄元，招上部犯結(jié)構(gòu)貌單元瓦數(shù)32獎(jiǎng)87布2，節(jié)騾點(diǎn)11策39爺21，地容基、謹(jǐn)承臺(tái)郵和樁壘單元廉?dāng)?shù)17膠86吃5，節(jié)曲點(diǎn)數(shù)46秩25累7。地基曲范圍渣取2.怕5倍承姻臺(tái)直澆徑，討四周幸為對敏稱邊波界，裳底部做固定愿。分析剩工況上部礙結(jié)構(gòu)-土-樁全都系統(tǒng)出自振罷頻率麻分析窯；用彈蠶簧替捉代土雖模型驢自振晃頻率木分析蠻，彈副簧剛辯度系耽數(shù)由員地基哈土的杠靜力袍分析前獲得價(jià)；自振騎頻率泉影響棉因素秒研究麻。工況西1分羨析結(jié)敵果第一臺(tái)振型值，f1=1蟲.6座09極3H堤z第二童振型各，f2=1煮.6柳09利8H魄z第三抬振型讓，f3=1汁.9決61植2H華z如不偉考慮潛土的厲影響償，按賽結(jié)構(gòu)饒基頂妄固定傷考慮歉第一舟頻率筆為3稻2H喪z。工況銅2分諒析結(jié)苦果f1=3箭.3誕5H栽zf2=8用.4派5H菊zf3=1零6.砌95偷Hzf4籃=2表1.干20省Hzf5=3渴2.袍74評Hz工況泊3分枝析結(jié)黎果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模擬駱不同哥加固幕地基婆情況崇時(shí)結(jié)抓構(gòu)的習(xí)自振粘頻率注：第一盒次換拌土指踩（瘦-0喘.3族—4林.3曲）m犧的土凱換為周混凝殊土材桌料，第二免次換勇土指駱樁底陷高度棚1m塞以上痕的原受土換吩為C都15罩混凝濁土。小結(jié)當(dāng)土劫較軟楚弱時(shí)正，土-樁-上部煌結(jié)構(gòu)滴共同疊作用倡效應(yīng)孝顯著獎(jiǎng)，計(jì)靈算結(jié)葬構(gòu)的險(xiǎn)自振款特性素應(yīng)考完慮土-樁-上部汗結(jié)構(gòu)匠的共漂同工方作；當(dāng)采敞用全偷模型鬼計(jì)算德結(jié)構(gòu)璃的特比征值域時(shí)，丘應(yīng)正虹確判肢斷結(jié)貨構(gòu)的旋模態(tài)嘆和土弄局部膀模態(tài)易；利用德土彈截簧模德型計(jì)型算特濟(jì)征值撇是可旱行的麥，但特要考項(xiàng)慮合絞理的饒方法降確定秧彈簧球剛度廣。福堂時(shí)水電山站調(diào)揚(yáng)壓井葵開挖映穩(wěn)定角性分能析建立館三維逮有限協(xié)元模逮型，先研究蝦在自肝重荷咸載作掙用下勝圍巖粉與襯蹦砌的面受力雁和變作形情摘況，超根據(jù)扣現(xiàn)場卻監(jiān)測貼數(shù)據(jù)眨，反博演初棍始地儉應(yīng)力羞和材熟料參紅數(shù)。利用AN廢SY束S軟件角的生傭死單稱元功旗能模攀擬調(diào)乒壓井倚的施援工開衰挖狀扔況，敏以確魯定合組理的為施工鏟順序沫和施槍工方放法。魔分析畜施工襖過程高圍巖尿的穩(wěn)系定性足，研稍究調(diào)線壓井班在支眨護(hù)、凈鋼筋代混凝嘩土襯癢砌及推圍巖戚共同佳作用修下的嗚工作辛性能證。工程鳥概況福堂察水電多站位貝于四枝川省愿阿壩羅藏族縣羌族洗自治閃州汶炊川縣杰境內(nèi)蝦的岷奔江干絹流上主，裝幣機(jī)容晴量36逗0M奧W，由首洽部樞獲紐、那引水益系統(tǒng)已和廠孫區(qū)樞炒紐組概成。攝引水魔隧洞襪全長激約20貼km，最大盤引用顏流量25塔1m3/s；調(diào)壓亂井設(shè)斯計(jì)為繪開敞哪差動(dòng)很式，衣圓形遲斷面異，內(nèi)技徑31咐m(xù)，深11竊0m膨,為亞社洲第歪一深煩井。有限預(yù)元模豈型圍巖真部分高采用末八節(jié)戚點(diǎn)六蔬面體扮單元So涂li領(lǐng)d4心5及其跟銳化沈的十占節(jié)點(diǎn)梳四面粗體單釋元So困li錢d9燈2，襯潤砌部升分采濤用混滅凝土股單元So逼li襲d6招5。模型饑邊界餐條件蜂：四義周側(cè)遞立面道采用德對稱衣邊界糞條件艇，底役部采凈用固歇定約枯束。材料驢分兩沉層：隙上部蘆為四名類巖適體，雕下部與為三吵類巖浙體。單元拴數(shù)69僵31牢6、節(jié)緩點(diǎn)數(shù)36遷80勒3。反演針分析高程實(shí)測應(yīng)力（MPa）實(shí)測位移（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)測怖位移騎與計(jì)穿算位歐移對雨比表根據(jù)端勘測健資料鹿建議蹲范圍掛取不削同的伴參數(shù)任組合典，利讀用現(xiàn)批場監(jiān)駕測數(shù)臥據(jù)，繁反復(fù)大試算喉、反遞演；反演穴條件漆主要寨考慮僻不同允高程培后邊猶坡的握沉降斤為控填制值非；確定問彈性今模量味為12軌60寨m高程腦以上E=飼2.慈5G蒙Pa，12粒60范m高程拐下部碧為E=礎(chǔ)7G鄰Pa。自重島荷載今作用汗下結(jié)漂構(gòu)變炒形情裙況整體盒結(jié)構(gòu)吊變形裙圖Z向枝位移涉分布感圖最大淘豎向解位移飾為10研.8鎖mm，發(fā)伶生在賽后邊恨坡，邀井周項(xiàng)最大略豎向傍位移6.館5m警m自重騙荷載碌作用漂下襯砌舊變形情況井筒著徑向俗位移挎最大頸值6屋.1滾9m訊m荷，發(fā)齡生在寬后邊敘坡側(cè)滔12仗60樸m高想程消；井叨筒環(huán)啊向位無移最弦大值滑約5邀mm虧，發(fā)獸生在安福堂閑溝側(cè)結(jié)構(gòu)沸等效瓜應(yīng)力狠分布垃圖襯砌特等效鈴應(yīng)力住分布兇圖開挖翅穩(wěn)定蔥性分卸析研究萬隨開大挖、辱襯砌表的進(jìn)哲行，霜調(diào)壓卷井圍灑巖的嚼應(yīng)力交和位堵移的節(jié)變化帖規(guī)律蒸。通過訴對比維分層還開挖宇圍巖吩應(yīng)力選與位搖移的陪變化脆，研擴(kuò)究不毛同開吹挖施湖工方稈法對裕圍巖答穩(wěn)定撲的影奪響。一次釀開挖系、一言次襯對砌一次雄襯砌兩層鞋開挖愧、兩林次襯棍砌未開脹挖一次已開挖襯砌憲1未開磨挖開挖仆1襯砌惱2開挖雪2應(yīng)用肢生死喚單元開挖騎分析耳應(yīng)力癢位移欲結(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21-7.780.39-0.07-0.412-0.66-3.49-0.10-0.9130.56-0.44-0.09-0.3940.253.48-0.09-0.9912投60勒m高制程截灑面控僑制點(diǎn)脂的應(yīng)帝力位僵移值利表一次殘性開澆挖時(shí)樓12博60餐m高銜程截詠面控制牌點(diǎn)的原應(yīng)力橫位移娃值表載荷步控制點(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結(jié)果謊分析調(diào)壓歇井有接限元公分析齊結(jié)果無與監(jiān)傘測成裕果基柄本相逆符，剩表明場模型倦合理擁地模呼擬了虎復(fù)雜植地形竿對結(jié)其構(gòu)體股的影事響。襯砌脫的分直析表刻明其技內(nèi)力復(fù)分布今不均槐勻，亡局部擦應(yīng)力再較大嬌。計(jì)航算顯珍示后貝邊坡腫側(cè)的死變形叼較大翻，應(yīng)湯該加暫強(qiáng)錨咳固，捷進(jìn)行杯變形沃監(jiān)測折，以素防邊盤坡滑靠移和責(zé)塌落終影響朽調(diào)壓妖井的觸正常遞使用菊。通過剝“二芳次開猜挖、補(bǔ)襯砌仔”與簽“一奸次性茂開挖日、襯的砌”料的計(jì)程算結(jié)偽果對渴比分巡壽析,表明帽分層釀開挖戚時(shí)圍泳巖應(yīng)梢力、綠應(yīng)變救變化詢幅度涂相對苦較小,有利壯于圍農(nóng)巖穩(wěn)費(fèi)定。根據(jù)莊現(xiàn)場界監(jiān)測詳數(shù)據(jù)悼，進(jìn)殘行的不材料彎彈性炎模量跟的反左演計(jì)陪算，點(diǎn)所確持定的堵參數(shù)總能基粉本反疏映材障料的回性能舌。有甩一定酸的可它靠度欠。為噸下一漸步多澆參數(shù)托反演罪分析未打下得了基梨礎(chǔ)。工作懇展望