ansys隧洞计算书..doc

工程概况 **水电站位于省**县**河上游主源上，是以发电为主的高水头引水式电站，其中引水隧洞长约18.05km，布置在河流左岸，洞线均处于中高山区，隧洞埋深大，一般在350～450之间，最浅处在火石溪沟，垂直覆厚约为25m，隧洞底坡按2.03‰控制，进水口底板高程为1326m，末端底板高程为1289.42m。，建筑物级别为3级。 计算目的：本计算仅针对尾部水头116米的高水头钢筋砼衬砌段进行内力分析及配筋计算，断面形式为外马蹄形开挖、过水断面为圆形的衬砌形式。 ⑴分别建立2维、3维有限元进行分析，并进行结果合理性分析比较。 ⑵根据建立的模型，分析砼和围岩的在受到内水压力和自重应力情况下，其应力应变分布规律。 ⑶分别根据3维钢筋应力成果及采用线弹性beam3单元模拟砼的2维内力计算成果，进行裂缝计算和结构配筋分析。 ⑷合理性论证：采用本次计算方法，对86米水头马蹄形衬砌断面进行2维线弹性分析，并与理工大计算成果进行比较，进行合理性论证； ⑸对于圆形钢筋砼衬砌以外的马蹄形开挖回填砼，采用按照实际情况计算同将该部分作为安全储备，等同围岩考虑的计算进行比较，分析应力差别，论证通常计算将该部分作为安全储备，等同围岩考虑的计算的思路的合理性。 不同模拟计算方法的理论 常用的钢筋砼有限元有分离式、组合式和整体式3种，分离式是把钢筋和混凝土各自划分为足够小的单元，两者之间使用联结单元模拟其粘结滑移；组合式模型把钢筋和混凝土包含在一个单元中，分别计算钢筋和混凝土对单元的贡献；整体式模型也钢筋和混凝土包含在一个单元中，但统一考虑钢筋和混凝土的作用。 在ansys中对3维钢筋混凝土提供了solid65单元，其concr属性通过定义砼的极限受拉强度和受压强度，就可以确定混凝土在多向应力状态下的破坏准则，计算采用(William and Warnke 1975[4])准则。破坏）/m3）e9 0.23 2760 C25砼 2.8e10 0.167 2500 2级钢筋 2.0e11 0.25 8700 2.2考虑砼的抗拉强度后的非线性计算 2.1.1计算内容及几何单元选用： 3维计算：采用SOLID65模拟砼和围岩，beam24模拟钢筋，建立3维模型，计算应力分布、位移变化。 2.1.2材料物理特性 2.1.2.1混凝土 通过定义砼的极限受拉强度和受压强度，就可以确定混凝土在多向应力状态下的破坏准则，计算采用(William and Warnke 1975[4])准则。在混凝土单元中，当主拉应力在某个方向超出荷载破坏面时，就会出现开裂，开裂后，平行于主拉应力方向的弹性模量就变为零。当主应力均为压应力且超出荷载破坏面时, 就会出现压碎，因而所有方向的弹性模量都变为零,单元失效。(William and Warnke 1975[4])准则定义的极限受拉强度和受压强度，以确定在多向应力状态下的破坏准则　 式中：I1=σ1+σ2+σ3；J2=1/2[(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2]；a、k D-P准则参数。 该准则是为了修正Mohr Coulomb屈服准则，由Drucker和Prager提出，在岩体计算中得到广泛计算，本次采用这一定则进行模拟计算比较。 ansys输入仅包括3个常量：凝聚力、内部破碎角3剪胀角（不考虑体积改变的流变准则，=0） 以上的材料特性定义见下表。 砼和围岩、钢筋的材料非线弹性物理特性表 表2—2 材料 抗拉强度（pa））C25砼 1.3e6 1.25e7 围岩 按照w-w准则 0.4e6 6.5 e7 按照D-P准则 凝聚力（pa） ））　　　　　　　　　　　 计算网格划分图 图1 计算考虑自重应力和内水压力(116米水头) 。 计算第一主应力结果见图,不同节点第一主应力成果见表. 第一主应力成果图 图2 第一主应力成果表 表3—1 内缘应力 外缘应力 最大 最小 最大 最小 顶部 6.07E+06 2.43E+06 2.05E+06 1.80E+06 左侧 2.43E+06 0 1.80E+06 1.48E+06 右侧 2.43E+06 0 1.94E+06 1.52E+06 底部 5.66E+06 3.54E+06 2.81E+06 9.69E+05 极值 6.07E+06 0 2.81E+06 9.69E+05 3.2计算情况2 计算采用线弹性beam3单元模拟砼，进行裂缝计算和结构配筋分析。 给PLANLE42单元0.2米的单元厚度,模拟围岩.虑为高0.6米,厚0.2米的梁,模拟混凝土。计算考虑自重应力和内水压力(116米水头) 。 计算第一主应力结果见图,不同节点第一主应力成果见表. 砼衬砌轴力成果图 图3