预制混凝土模板内力分析的有限单元法计算.pdf

2 0 1 5年第 8期 ( 第 4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 8 2 01 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 5 ) 0 8一 O 1 1 1 0 2 预制混凝土模板 内力分析的有限单元法计算 敬 晨 ( 黑龙江省三江工程建设管理局， 哈尔滨 1 5 0 0 8 1 ) 摘要： 近年来有限单元法在工程中应用 13 趋广泛 ， A N S Y S软件以其建模 、 加载、 后处理等方 面简单快捷， 应用于很多水利工程中， 文章以实际工程为例 ， 介绍如何运用 A N S Y S 软件计算预 制混凝土模板的内力。 关键词 ： 有限单元法 ； A N S Y S ； 预制混凝土模板 ； 内力 中图分类号 ： 5 4 4 文献标识码： B l A N S Y S软件的功能 A N S Y S包括 以下主要功能模块 ： 1 ) 结构分析， 包括静力分析、 模态分析、 谐响应 分析、 瞬态动力学分析、 特征屈曲分析、 专项分析等 类型。 2 ) 热分析 ， 包 括相 变、 内热源 、 热传导 、 热对流 、 热辐射等类型 3 ) 电磁分 析 ， 包括静磁场分析、 交变磁场分析 、 瞬态磁场分析、 电场分析、 高频电磁场分析等类型。 4 ) 流体分析 ， 包括耦合 流体 动力 、 声学分析 、 容 器内流体分析、 流体动力学耦合分析等类型。 5 ) 耦合场分析， 主要考虑 2个 或多个 物理场之 间的相互关系。 2 A N S Y S分析过 程 1 ) 选择单元类型。单元选择是否合适 ， 对于有 限元模型的计算结果有较大影响， 同一个模型可以 运用不 同的单元进行求解 。 2 ) 定义材料参数。单位类 型不一致 ， 则参数有 所不同。 3 ) 建立几何模型。A N S Y S软件在建模时可以选 择将 C A D文件转化成其他形式的文件直接导入 ， 也 可以手动在 软件 中直接建模。需 要注 意的是 ， A N S Y S软件比 C A D的精度高 ， 直接导入的文件可能在 划分网格时出现错误 。 4 ) 划分网格。划分 网格时可以根据模 型的具体 尺寸大小 ， 决定网格 的稀疏程度 。通常网格越密集 ， 计算结果越精确， 相应的计算时间越长。 5 ) 定 义边界 条件。计算 结果 是否符合 实 际情 况 ， 与所定义的边界条件密不可分。 6 ) 加载求解。 7 ) 后处理 。后处理 中可以提取各个单元 的数据 分析结果， 也可以提取如轴力图、 剪力图及弯矩图等 图片。 3 计算基本假定 1 ) 材料的物理力学参数按设计标准值选取 。 2 ) 混凝土、 钢结构材料均假设为各向 同性线弹 性材料 。 4 计算建模 计算模型选取某工程预制混凝 土模板安装 时的 受力情况进行 分析 ， 采用梁单元 b e a m1 8 8对预制混 凝土模板进行建模， 截面选择倒 T型截面， 输入材料 参数 ， 倒 T型截面的尺寸 ， 几何模型为 1 2 0 。 圆弧拱结 构 ， 根据设计图纸的实际尺寸建模并划分网格 ， 共划 分为9 0 个单元， 从左至右单元编号为 1 9 0号。两 侧简化为固定端， 在 x、 Y、 Z三个方向施加约束。 5 计算工况及施加荷载 5 1 计算工况 收稿 日期 2 0 1 5 0 63 0 作者简介 敬晨( 1 9 8 3一) ， 男， 河北昌黎人， 工程师， 从事质量与安全工作。 一 1 11 2 0 1 5年第 8期 ( 第 4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 8 2 0 l 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 预制混凝土模板安装就位 ， 移动样架移走 ， 模板 承受 自重 荷载 ， 同时 承受 人员 与机 械设 备 的均布 荷载。 5 2 施加荷载 1 ) 预制 昆 凝土模 板 自重标准值 ： 模板 为 1 2 0 。 圆 弧 ， 单位长度水平投 影上各部分 自重不 同。将 预制 混凝土模板分为等长度 的数段( 4 O段 ) ， 取用各段 内 的平均值作 为分段 自重值 。混凝土及钢筋重量 ， 两 者综合后按 = 2 5 k N m ， 分项系数取 1 2 。 2 ) 施工人员和机械设备的重力标 准值 ： 取均布 荷载2 5 k N m ， 分项 系数取 1 4 。 6 计算结果 在 A N S Y S软件 中经过加载、 求解 ， 最终提取出 1 9 0号每个单元的轴力 、 剪力及 弯矩值 。结构为对 称结构 ， 仅列 出部分单 元 的轴 力、 剪力及 弯矩计 算 值， 为清晰直观反应轴力大小分布情况， 提取出整个 结构的轴力分布图。1 4 5号单元 内力值见表 1及 表 2 。 表 1 1 9号单元轴力、 剪力及弯矩值 7 结论 根据对计算结果 的分析 ， 可以得出以下结论 ： 1 ) 轴力最大值 为 5 9 3 3 8 k N， 最小 值为 3 5 5 0 4 k N， 轴力 最 大 值 发生 在 模 板 两 端 ， 最 小 值 在模 板 跨中。 2 ) 剪力最大值 为 6 9 6 4 k N， 最小 值为 一6 9 6 4 k N， 最大 值 发 生 在 模 板左 端 ， 最 小值 发生 在 模 板 右端 。 一 l 1 2 3 ) 弯矩最大值为 2 0 1 5 k N ， 最小值为 一 1 7 3 0 4 k N， 最小值发生在跨 中， 最大值发生模板两端附近。 表 2 1 0 4 5号单元轴力、 剪力及弯矩值 参考文献 1 王瑁成 有限单元法 M 北京： 清华大学出版社 ， 2 0 0 7 ： 2124