基于ANSYS的混凝土重力坝的静力学分析

ANSYS的混凝土重力坝的静力学分析

2012年6月

第12卷第3期

廊坊师范学院学报(自然科学版)

JournalofLangfangTeachersCollege(NaturalScienceEdition)

Jun.2012Vol.12No.

3

基于ANSYS的混凝土重力坝的静力学分析

刘淑平,刘书杰

1

2

(1.北京科技大学,北京100083;2.天地科技建井研究院,北京100013)

【摘　要】　随着科技和经济的快速发展,水利水电建设作为我国的基础设施建设也有了长足的进步,与此同时,混凝土重力坝的建设规模愈加复杂和庞大,其稳定性问题成为设计和施工中最为严峻的问题。文章在详细阐述AN2

SYS大型通用有限元分析软件的基础上,针对某一混凝土重力坝进行了数值模拟,得出了静力学分析结果,以便于

其他同类工程进行参考。

【关键词】　基础设施建设;混凝土重力坝;ANSYS;静力学分析

TheStaticsAnalysisofConcreteGravityDamBasedonANSYS

LIUShu2ping,LIUShu2【Abstract】　Alongwiththerapiddevelopmentofscienceand,’s,Waterconser2

vancyandhydropowerconstructionundertakingshavemadethe,theconstructionscaleofconcretegravitydamhasincreasinglycomplexandhuge,itsmseriousproblemsinthedesignandconstructionofconcretegravitydam.InthissimulatedbythelargegeneralfiniteelementanalysissoftwareANSYS,finallyintoothersimilarprojectsforreference.

【Keywords】　in;concretegravitydam;ANSYS;staticsanalysis

〔中图分类号〕TV311　　　　〔文献标识码〕A　　　　〔文章编号〕1674-3229(2012)03-0069-02

　　随着计算机技术的飞速发展,ANSYS大型通用有限元分析软件日渐成熟和完善,并且越来越多地应用在重力坝工程中,并在其设计和施工中发挥着非常重要的作用。ANSYS大型通用有限元分析软件在对混凝土重力坝数值模拟及进行静力学分析方面,具有很突出的优势。本文介绍了重力法在混凝土重力坝分析中的缺陷,并针对某一混凝土重力坝工程实例,结合弹性力学理论,将三维力学问题简化为平面应变问题,并得出相较于重力法更加准确的静力学分析结果,希望为以后的混凝土重力坝工程提供有利的参考。

析,可以假设应力函数表达式为

:

1　重力法在混凝土重力坝分析中的缺陷

如图1所示,我们可以将混凝土重力坝假设成楔形体,下端无限长,受到自身重力和液体的压力,其中ρ为坝体的密度,ρ1为液体的密度,由量纲分

<=ax+bxy+cxy+dy,

得到应力分量:

2σx=2-fxx=2cx+6dy,9y29y=gy,2-fyy=6ax+2by-ρ

9x

2τ=-2bx-2cy。xy=9x9y

应力边界条件:

(σx)x=0=-ρ1gy,

3223

[收稿日期]　2012-03-06

[作者简介]　刘淑平(1983-),女,北京科技大学土木与环境工程学院工程力学专业硕士研究生,主要研究方向:结构

力学性能。

69

ANSYS的混凝土重力坝的静力学分析

2012年6月廊坊师范学院学报(自然科学版)第12卷 第3期

α(τcosα(σx)x=ytanα-sinxy)x=ytanα=0,α(τ-sinα(σy)x=ytanα+cosxy)x=ytanα=0,将这些条件结合最终可以得出莱维解答:

σx=-ρ1gy

32σρρ)x+(ρgcotα-2g)y。y=(1gcotα1gcotα-ρ2τxy=-ρ1gxcotα

莱维解答往往被看作是混凝土重力坝的基本解答,但是,从上述分析我们可以看出,莱维解答并不准确,存在着一定的缺陷:(1)此结果是在假定坝体下端无限长的情况下得出的,实际上,重力坝的坝深高度是确定的有限值,并且底部和地基是联系在一起的,重力坝的底端的变形受到与其相连接的地基的约束。(2)混凝土重力坝的顶部不是尖的,而是具有一定宽度的,因此在将其假定为是楔形体的情况下得出的莱维解答很明显是不够准确的,而且莱维解答并没有考虑到重力坝顶部所受到的其他载荷3.2　得出结构变形图和应力云图

在节点上施加位移约束条件,且在混凝土重力坝坝体上施加水压力载荷和自重载荷,得出结构变形图和应力云图,如图4所示。

2　C20,泊松比为0.2,密度为Πm,弹性模量为25G

Pa,假设坝体的长度为100m,高为30m,顶部宽为3m,底部为10m,基础深5m,重力坝一侧垂直,一侧倾斜,重力坝的截面图可按图2所示。假设重力坝满足:(1)重力坝的两侧端与河岸基岩连接,重力坝底端和地基相连接;(2)重力坝体为均匀材料,且是各向同性的;(3)坝体是完全弹性的

。

3

3.3　计算结果分析

3　采用ANSYS进行混凝土重力坝分析

3.1　建模及网格划分

在混凝土重力坝的模型建立过程中,首先进入

ANSYS的图形交互操作界面,

在主菜单中选择pref2erences,由于是静力学分析,所以选择structural。定义单元属性,选择Plane42单元,将其力学模型设置为Planestrain模式,采用自由网格划分,如图3所示。

70

从图4中可以看出最大变形量为5.59mm,x方向的最大位移为5.551mm,y方向的最大位移为0.693mm,该坝体满足设计要求。

x方向最大压应力为0.56MPa,最大拉应力为0.52MPa,y方向最大压应力为2.54MPa,最大拉应力为2.65MPa,第一主应力的最大压应力为3.

67MPa,最大拉应力为2.87MPa,根据混凝土结构设计规范,C20混凝土的抗拉强度设计值为1.10MPa,抗压强度值为9.6MPa,在本算例中抗压强度超过了设计值,需要考虑采取有效的应对措施。

(下转72页)

ANSYS的混凝土重力坝的静力学分析

2012年6月廊坊师范学院学报(自然科学版)第12卷 第3期

2　基于GIS的土地分类面积计算模型的3　基于GIS的土地分类面积计算模型局

局限性

基于GIS的土地分类面积数据模型很好地解决

了手工绘图技术资料的继承性问题,大大提高了调查工作的效率,计算思路简单,易理解。但在计算机算法实现上不是很简单,数据模型及其计算方法也存在着先天性的弱点。

第一,数据计算结果存在误差。由于线状地物的宽度数据由外业调查产生,并以一定距离内的平均值录入属性栏内,一方面录入数据与实际地物不完全相符,必然存在系统误差;另一方面不同调查人员在外业调查时,掌握宽度波动范围存在差异,也容易造成误差。

第二,数据质量检查难度较大。线状地物的宽度是由外业调查数据人工录入其属性中的,计算机不能自动维护。庞大的线状地物数量,条线状地物,第三,盾。由于线状地物的宽度是一个平均值,建立初始数据库时,其面积从一个大的图斑中扣除,可能没有发现问题。可是,随着数据库的变更实施,有些大的图斑被分割成多个小的图斑,本来在某些小图斑上的线状地物的宽度应该是最窄处,但是由于与最宽处平均后宽度增加,这样,以长度乘以宽度计算的线状地物面积要比实际面积大,因而出现了线状地物的面积大于图斑的情形,这样图斑扣除线状地物面积后出现了负数的情况,这在客观实际情形中是不存在的,这样的问题在工作过程中经常遇到,是基于GIS的土地分类面积计算模型的固有弱点引起的解决难度较大。

限性的克服方法

通过对基于GIS的土地分类面积计算模型原理的分析,可以看到面积计算模型的局限性与面积生成方法有关。影响土地分类面积计算结果的有两类元素,一类是计算机自动量算得出的数据元素,另一类是经人工测量输入而计算机不可测量的数据元素。而后者则是导致此类土地分类面积计算模型问题的直接原因,因此如果能将计算机不可测量面积的元素转化为可以测量的元素,则以上问题均可迎刃而解。此种方法称为元素转化法,具 …… 此处隐藏：2879字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……