ANSYS鋼筋混凝土壓力管道作業(yè)

鋼筋混凝土管道的彈性分析計算

一.三峽背管相關(guān)資料

1.工程概況

該電站為巨型水電站，壩型為混凝土重力壩。壩高145m,壩頂高程185m,正

常蓄水位175m,壩段寬25m。采用壩后式廠房，裝機26臺，采用單機單管形

式，單機容量700MW。電站壓力管道管徑為12.4m,HD值為1730m?。壓力管

道采用壩后背管布置形式，在下游壩面預留淺槽，管道埋入壩面以內(nèi)約V2管徑。

壓力管道背管部分采用鋼襯鋼筋混凝土管形式，管道規(guī)模大，結(jié)構(gòu)新穎，技術(shù)復

雜，管道工作條件十分復雜。

2.材料及參數(shù)

管道鋼襯采用鋼板，板厚口3

16MnR30mm,E=210GPa,=0.3,P=0.0078Mkg/mo

敢砌砌3壩

C30,E=25,5GPa,U=0,167,P=0.0025Mkg/mo

體混凝土標號C20,材料參數(shù)查混凝土設(shè)計規(guī)范。查規(guī)范后取C20混凝土

E=20.0Gpa,H=0.167,P=0.0024Mkg/m3

圖1三峽下游壩面鋼襯鋼筋混凝土管道兒何模型

結(jié)構(gòu)計算模型

計算模型采用三維空間立體結(jié)構(gòu)來模擬，縱向長度取為40m。共劃分網(wǎng)格7020

個，節(jié)點總數(shù)7942個。網(wǎng)格總數(shù)及密度基本上能滿足運算精度要求。劃分網(wǎng)格

中采用的單元類型分別為PLANE42,SHELL63和SOLID45。其中鋼管網(wǎng)格劃分采

用殼單元，其對應的實常數(shù)取殼體單元的厚度為0.03m,即四個節(jié)點等厚度。

圖2：鋼管混凝土計算網(wǎng)格模型

三.具體計算流程

計算過程分為兩個工況：1）完建期2）運行期

其對應的荷載分別為：1）完建期=自重

2）運行期=自重+內(nèi)水壓力

分別計算分析該模型在對應荷載作用下的變形及受力特點。其中材料特性單位局

采用標準單位。即：長度：m；彈性模量E:Mpa；密度P：Mkg/,；水的容重y：

/tn

M%,。水的容重7取為0.0098。由于壓力水頭為50m,故內(nèi)水壓力

p=/x/i=0.0098x50=0.49

對于該問題邊界約束施加為：X向左右兩側(cè)UX向約束；

Y向模型底部全約束；

下面為模型建立及計算的APDL命令流：

/BATCH

/PREP7

!!!!模型建立部分

!!!!模型建立部分

!關(guān)鍵點坐標

k?0,0,0

k,,25,0,0

k〃25,15.07,0

k〃0,15.07,0

k〃4.3,8.6,0

k〃20.7，8.6,0

k〃20.7t16.8,o

k〃4.3,16.8,0

k〃12.5,16.8,o

!生成線，面

LSTR,4,1

LSTR,1,2

LSTR,2,3

LSTR,3,4

LSTR,5,6

LSTR,6,7

LSTR,7,8

LSTR,8,5

FLS12,4,4

FITEM,2,1

FITEM,2,2

FITEM,2,3

FITEM,2,4

AL,P51X

FLS12,4,4

FITEM,2,8

FITEM,2,5

FITEM,2,6

FITEM,2,7

AL,P51X

CYL4J2.5,16.8,8.2

ASBL,3,7

ADELE,5,,,1

CYL4,12.5,16.8,6.2

FLSE235QRDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,?4

APTN,P51X

FLST2,2Z5/ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2z-6

ADELE,P51XZ//1

FLS7；3,2,4,ORDE,2

FITEM,3,14

FITEM,3,-15

ASBL,1ZP51X

ADELE,2,,,1

ALLSEL,ALL

FLST2,3,5,ORDE,3

FITEM,2,3

FITEM,2,7

FITEM2-8

A0VLAP,P51X

WPSTYLE,〃〃〃，1

KWPAVE,5

wpro?-90.000000z

ASBW,5

KWPAVE,16

wpro?,90.000000

FLS1235ORDE,3

FITEM,2,4

FITEM,2,7

FITEM2-8

ASBW,P51X

KWPAVE,5

ASBW,11

KWPAVE,6

ASBW,13

LSTR,9,5

LSTR,9,6

LPLOT

FLST2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,10

FITEM,2Z12

FLST32,4,ORDE,2

FITEM,3,33

FITEM337

ASBL,P51X,P51X

NUMMRG,ALL,,,,L0W

!指定單元類型

EUPLANE42

ET2,SHELL63

R,l,0.03,0.03,0.03,0.03,,,

E7；3,SOLID45

!!!!網(wǎng)格劃分部分

!!!!網(wǎng)格劃分部分

!劃分網(wǎng)格

TYPE,1

MAT,

REAL,1

ESYS,0

SECNUM,

FLST5,5,4,ORDE,5

FITEM,5,1

FITEM,5,18

FITEM,5,20

FITEM,5,-21

FITEM,5,24

CM,_Y,LINE

LSEL,,,尸51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

LESIZE-Yl,,,4,,,,,0

FLS7；534QRDE,3

FITEM,5,29

FITEM,5,38

FITEM,5,40

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE,_YL,,6,,,,,0

FLST5,4,4,ORDE,4

FITEM,5Z11

FITEM5-12

FITEM,5Z17

FITEM,5,19

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE,_Y1,,,12,,,,,O

FLST5,8,4,ORDE,7

FITEM,5,3

FITEM,5,25

FITEM,5,-26

FITEM,5,32

FITEM,5,39

FITEM,5,41

FITEM,5,-43

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE-Yl,,,8,,,,,0

FLST5A4,ORDE,4

FITEM,5,8

FITEM,5,14

FITEM,5,27

FITEM,5r28

CM,_Y,LINE

LSEL,…,P51X

CM,_YI,LINE

CMSEL〃_Y

LESIZE,_Y1,,,6,,,,,0

FLS1554QRDE,5

FITEM,5,2

FITEM,5Z15

FITEM,5,-16

FITEM,5Z31

FITEM,5,35

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE,_Y1,,,8,0,25,,,,0

FLS1534QRDE,3

FITEM,5,2

FITEM,5,31

FITEM535

CM,_Y,LINE

LSELZ一,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL〃_Y

LESIZE,_Y1,,,8,4,,,,0

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

FLS[5,14,5,ORDE,5

FITEM,5,1

FITEM,5,-9

FITEM,5,11

FITEM,5」3

FITEM,5,-16

CM,_Y,AREA

ASELZ///P51X

CM,_Y1,AREA

CHKMSH；AREA'

CMSEL,S,_Y

AMESH,_Y1

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

ALLSEL,ALL

NUMMRG,ALL/Z//LOW

!沿2方向拖拉形成體

VEXTALL,,,0Q40〃〃

TYPE,3

MAT,

REAL,1

ESYS,0

SECNUM,

VSWEEP,ALL

ALLSEL,ALL

!清除多余的面網(wǎng)格

ACLEAR,ALL

!劃分殼單元網(wǎng)格

FLS[5,8,5ORDE,8

FITEM,5,18

FITEM,5,23

FITEM,5,38

FITEM,5Z53

FITEM,5,59

FITEM,5,62

FITEM,5,65

FITEM567

ASEL,S,,,P51X

!形成鋼管，外包，壩體組建，及N_UX,N_UY,N_UZ組建

TYPE,2

MAT

REAL,1

ESYS,0

SECNUM,

AMESH,ALL

CMyA_gangguanyAREA

ALLSEL,ALL

FLST5,4,6,ORDE,4

FITEM,5,1

FITEM,5r2

FITEM,5,5

FITEM,5,9

VSEL,S,,,P51X

CM,V_WAIBU,VOLU

ALLSEL,ALL

FLS[5,10,6QRDE,6

FITEM,5,3

FITEM,5,-4

FITEM,5,6

FITEM,5,-8

FITEM,5,10

FITEM,5,-14

VSEL,S,,,P51X

VPLOT

CMyV_BATI,VOLU

NSEL,S,LOC,X,0

NSEL,A,LOC,X,25

CM,N_UX,NODE

ALLSEL,ALL

NSEL,S,LOC,YO

CM,N_UXNODE

ALLSEL,ALL

NSEL,S,LOC,Z,0

NSEL,A,LOC,乙40

CM,N_UZ,NODE

ALLSEL,ALL

NUMMRG,ALL/Z//LOW

NUMCMP,ALL

!定義材料屬性

MP,EX,1,210000

MP,PRXYl,0.3

MP,DENS,1,0.0078

MP,EX,2,25500

MP,PRXX2,0.167

MP,DENS,2,0.0025

MP,EX,3,20000

MP,PRXX3,0.167

MP,DENS,3,0.0024

!將材料賦給指定單元

CMSEL,S,A_GANGGUAN

ESLV,S

EMODIF,ALL,MA7；1

ALLSEL,ALL

CMSEL,S,V_WAIBU

ESLV,S

EMODIF,ALL,MA7；2

ALLSEL,ALL

CMSEL,S,V_BATI

ESLVZS

EMODIF,ALL,MA7；3

ALLSEL,ALL

/PNUM,MA1；1

/REPLOT

!施加約束

D,N_UX,UX

D,N_UY,all

ITIME1施加重力荷載

FINISH

/SOL

ACEL,0,9.8,0,

ALLSEL,ALL

/STATUS,SOLU

SOLVE

STIME2施加內(nèi)水壓力荷載

CMSEL,S,A_GANGGUAN

NSLA,S,1

SF,ALL,PRES廠0.49

ALLSEL,ALL

/STATUS,SOLU

SOLVE

四.計算結(jié)果分析：

整個實體模型包括三部分，即：壓力鋼管，外包混凝土部分，壩體混凝土部分。

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:10:52

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

UX

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN-.951E-04

SMX=.951E-04

A=-.845E-04

B634E-04

C=-.422E-04

D=-.211E-04

E-.309E-14

F-.211E-04

G=.422E-04

H=.634E-04

I?.845E-04

全部UX

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:08:04

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME-1

UY

TOP

RSYS-0

DMX=.403E-03

SMN=".403E-03

A-.380E-03

B=—.336E—03

C=-.291E-03

D-.246E-03

E=-.201E-03

F157E-03

G-.112E-03

H=-.671E-04

I.224E-04

全部UY

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:19:05

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

UZ

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-.335E-04

SMX=.335E-04

A=-.298E-04

B=-.223E-04

C-.149E-04

D-.744E-05

E=.268E-12

F=.744E-05

G=.149E-04

H-.223E-04

I=.298E-04

UZ沿側(cè)向觀察

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:24:54

NODALSOLUTION

STEP-1

SUB=1

TIME=1

SX(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-.778878

SMX=3.208

A

B=-.55738

C=-.114384

D=.328612

E=.771608

F=1.215

G=1.658

H=2.101

I=2.544

=2.987

外包混凝土X向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:34:04

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SY(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN-2.384

SMX=.443374

A=-2.227

B—1.913

C=-1.599

D=-1.285

E-.97048

F-.65629

G=".3421

H=-.02791

I=.28628

外包混凝土Y向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:39:54

NODALSOLUTION

STEP-1

SUB=1

TIME=1

SZ(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-2.202

S

A=8.093

B=-1.63

C=".486552

D=.657369

E=1.801

F=2.945

G=4.089

H=5.233

I=6.377

-7.521

外包混凝土z向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:49:20

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SX(AVG)

RSYS=0

=.403E-03

=-1.479

=6.247

A

B=-1.05

C=-.191763

D=.66668

E-1.525

F=2.384

G=3.242

H-4.1

I=4.959

=5.817

壓力管道上半部分X向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:52:14

NODALSOLUTION

STEP?1

SUB=1

TIME=1

SX(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.197E-03

SMN-4.464

SMX=1.67

A=-4.123

B=-3.442

C?-2.76

D=-2.078

E=-1.397

F=-.715166

G=-.033582

H=.648003

I=1.33

壓力管道下半部分X向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:58:40

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SY(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-4.309

SMX=.947284

A=-4.017

B=-3.433

C=-2.849

D=-2.265

E=-1.681

F=-1.097

G=-.512804

H=.071231

I=.655266

壓力管道左半部分y向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:01:24

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SY(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-4.309

SMX-.947284

A?-4.017

B=-3.433

C=-2.849

D=-2.265

E=-1.681

F=-1.097

G=-.512804

H=.071231

I=.655266

壓力管道右半部分y向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:11:32

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB-1

TIME-1

SZ(AVG)

TOP

RSYS-0

DMX=.403E-03

SMN-4.417

SMX-16.162

A=-3.274

B=".987015

-1.3

=3.586

-5.873

-8.159

=10.446

=12.732

-15.019

壓力管道上半部分z向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:15:17

NODALSOLUTION

STEP?1

SUB=1

TIME=1

SZ(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.169E-03

SMN=-15.536

SMX=4.408

A=-14.428

B=-12.212

C=-9.996

D=-7.78

E=-5.564

F=-3.348

G=-1.132

H=1.084

I-3.3

壓力管道下半部分z向應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:23:38

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SI(AVG)

TOP

DMX?.403E-03

SSMN=".020037

A=16.162

B=.878976

C=2.677

D=4.475

E=6.273

F-8.071

G=9.869

H=11.667

I-13.465

=15.263

壓力管道上半部分第一主應力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:26:46

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SI(AVG)

TOP

DMX=.169E-03

SMN=-.011316

SMX=4.408

A=.234204

B=.725245

C=1.216

D=1.707

E=2.198

F=2.689

G=3.18

H=3.671

I=4.163

壓力管道下半部分第一主應力

ANSYS12.0.1

H(VFJAN42011

21:29:35

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

S2(AVG)

TOP

DMX=.403E-03

SMN-2.799

SMX=6.247

A-2.297

B-1.291

C=".286397

D=.718673

E-1.724

F=2.729

G=3