基于ANSYS的鋼筋混凝土倒虹吸非線性有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、倒虹吸管作為應(yīng)用廣泛的交叉工程和重要的隱蔽工程，在國(guó)際上素有生命線工程之稱(chēng)，其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形與外形尺寸、填土厚度、填土性質(zhì)、初始邊界條件等因素之間存在著復(fù)雜的相互作用，而且除滿(mǎn)足正常輸水要求外，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)也十分必要。因此，為保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)倒虹吸結(jié)構(gòu)和周?chē)馏w進(jìn)行合理的分析和計(jì)算，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。
　　本文基于數(shù)值模擬法，以黑龍江省依安農(nóng)場(chǎng)河北灌區(qū)主干渠穿西太平川溝倒虹吸工

2、程為研究對(duì)象，通過(guò)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS，首先對(duì)工程運(yùn)行中遇到的5種工況，采用鋼筋混凝土的整體式模式，建立原設(shè)計(jì)方案下的管身和周?chē)馏w的三維實(shí)體模型，分別分析管身和周?chē)馏w的應(yīng)力和變形。其次結(jié)合分析得到的管身應(yīng)力值，對(duì)倒虹吸的初始斷面及配筋進(jìn)行優(yōu)化，并利用分離式的配筋形式，對(duì)優(yōu)化后的倒虹吸管身進(jìn)行兩種較不利工況下的模擬分析，驗(yàn)證改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案的可靠性，對(duì)比優(yōu)化前后的工程量和造價(jià)，分析其經(jīng)濟(jì)性。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:

3、　　(1)介紹有限元的基本原理及分析過(guò)程、ANSYS的求解步驟，分別總結(jié)概括混凝土、鋼筋、土體三種材料的本構(gòu)關(guān)系和破壞準(zhǔn)則及鋼筋混凝土有限元分析中鋼筋的處理方式。
　　(2)根據(jù)原設(shè)計(jì)方案中管身的有限元分析結(jié)果，可得出在工程運(yùn)行的5種工況中，管身混凝土最大拉、壓應(yīng)力均遠(yuǎn)未超過(guò)其設(shè)計(jì)值且有較大的富余，管身較不利工況出現(xiàn)在管內(nèi)無(wú)水的完建和檢修工況。
　　(3)根據(jù)原設(shè)計(jì)方案中管身周?chē)馏w的有限元分析結(jié)果，可得出在不同工況下，土體

4、整體是穩(wěn)定的，最大沉降量發(fā)生在完建期，位于管身兩側(cè)回填土的自由表面處，其值為16.2 mm。管身整體沉降均勻，最大下沉量約為10.3 mm，滿(mǎn)足倒虹吸管對(duì)地基沉降量的設(shè)計(jì)要求。管身地基最大壓應(yīng)力值為114 kPa，地基承載力較好，滿(mǎn)足本工程地基承載力的設(shè)計(jì)要求。
　　(4)結(jié)合ANSYS數(shù)值模擬得到的洞身應(yīng)力值，對(duì)初始的倒虹吸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的有限元分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的倒虹吸結(jié)構(gòu)是安全的。通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前后的工