1. 问题描述:
主要截面尺寸如图1所示,R15.2m,R28.8m。内轮廓采用曲墙拱三心圆拱。弹性抗力系数取为k1.510kN/m。衬砌厚度为0.6m,截面的物理参数如表所示。
结构混凝土参数 混凝土标号 25号混凝土 弹性模量E(kN/m2,kPa) 28500000.000 惯性模量I(m4/m) 0.018 截面积A(m2/m) 0.600 53 图1 衬砌截面图 围岩压力:q145.72KN/m 围岩水平均布压力:e=25.01KN/m
衬砌自重:q3hha=15.00KN/m(此处为近似计算) 则作用在衬砌上的主动荷载为:qq1q2q3=62.52KN/m 2222 图2 荷载施加图 图3 衬砌剖分半结构图
2. ANSYS计算
在ANSYS中需要将荷载转化为节点荷载,采用静力等效原则。
1号单元 2号单元 3号单元 4号单元 5号单元 6号单元 7号单元 8号单元 9号单元 10号单元 dx 1.0145 0.9755 0.899 0.788 0.6467 0.4805 0.2959 0.0999 0.0301 0.0902 dy 0.0999 0.2959 0.4805 0.6467 0.6467 0.899 0.9755 1.0145 0.7275 0.7225 Py*dx/2 31.71327 30.49413 28.10274 24.63288 20.215842 15.02043 9.249834 3.122874 0.940926 2.819652 Px*dy/2 1.2492495 3.7002295 6.0086525 8.0869835 8.0869835 11.241995 12.1986275 12.6863225 9.0973875 9.0348625 单元长度l 1.019406818 0.728122421 0.728108708 l*K/2 76455.51133 54609.18158 54608.15307 根据曙光软件的预先计算结果,得到受拉与受压区域,在受压区域施加地层弹簧作用,在受拉区域不在施加地层弹簧。
图4 施加地层弹簧区域
将分布弹簧转化为集中弹簧,ANSYS所用地层弹簧系数如下:
1号结点 2号结点 3号结点 4号结点 5号结点 6号结点 7号结点 8号结点 9号结点 10号结点 11号结点 结点力Py 31.71 62.21 58.60 52.74 44.85 35.24 24.27 12.37 4.06 3.76 2.82 结点力Px 1.25 4.95 9.71 14.10 16.17 19.33 23.44 24.88 21.78 18.13 9.03 结点集中弹簧 76455.51133 131064.6929 109217.3346 54608.15307 在节点1,11处的约束条件为图所示: 图5 约束条件 所用梁单元模拟衬砌,所用的弹簧类型为 combination springer-damper 14 其中与粘滞系数有关的取为0。
1ELEMENTSELEM NUM43546576872419982318291122171010162611212311DEC 2 200320:07:58YZX 图6 ANSYS所产生的节点与编号图
1LINE STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1MZI MZJMIN =-91.772ELEM=1MAX =92.213ELEM=6734561DEC 2 200319:27:068249Y232ZX1122261021-91.772-50.886-10.00130.88571.77 -71.329-30.44410.44251.32792.213 图7 ANSYS计算弯矩图
ELEM= 1 MZ 1 -91.772 3 80.078
ELEM= 2 MZ 3 -80.078 4 47.634
ELEM= 3 MZ 4 -47.634 5 1.9435
ELEM= 4 MZ 5 -1.9435 6 -45.878
ELEM= 5 MZ 6 45.878 7 -81.549
ELEM= 6 MZ 7 81.549 8 -92.213
ELEM= 7 MZ 8 92.213 9 -69.485
ELEM= 8 MZ 9 69.485 2 -17.559
ELEM= 9 MZ 2 17.559
11
2.3137
ANSYS 所用材料参数 梁:
REAL CONSTANT SET 1 ITEMS 1 TO 6
0.60000 0.18000E-01 0.60000 0.0000 0.0000 0.0000
集中弹簧参数: 11号节点Y方向
REAL CONSTANT SET 2 ITEMS 1 TO 6
0.15000E+06 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 11号节点径向方向
REAL CONSTANT SET 3 ITEMS 1 TO 6
54608. 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10号节点径向方向
REAL CONSTANT SET 4 ITEMS 1 TO 6
0.10922E+06 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 9号节点径向方向
REAL CONSTANT SET 5 ITEMS 1 TO 6
0.13106E+06 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 8号节点径向方向
REAL CONSTANT SET 6 ITEMS 1 TO 6
76455. 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
3. 同济曙光计算
采用均布单向弹簧。
采用双向弹簧,局部施加。
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