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文檔簡介

鋼筋混凝土管道的彈性分析計(jì)算

一.三峽背管相關(guān)資料

1.工程概況

該電站為巨型水電站,壩型為混凝土重力壩。壩高145m,壩頂高程185m,正

常蓄水位175m,壩段寬25m。采用壩后式廠房,裝機(jī)26臺,采用單機(jī)單管形

式,單機(jī)容量700MW。電站壓力管道管徑為12.4m,,。值為1730m2。壓力管

道采用壩后背管布置形式,在下游壩面預(yù)留淺槽,管道埋入壩面以內(nèi)約1/2管徑。

壓力管道背管部分采用鋼襯鋼筋混凝土管形式,管道規(guī)模大,結(jié)構(gòu)新穎,技術(shù)復(fù)

雜,管道工作條件十分復(fù)雜。

2.材料及參數(shù)

3

管道鋼襯采用16MnR鋼板,板厚30mm,E=210GPa,u=0.3,P=0.0078Mkg/mo

2.0m,標(biāo)號衲C30,E=255GPa,U=0,167,P=0.0025Mkg/m3o壩

體混凝土標(biāo)號C20,材料參數(shù)查混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范。查規(guī)范后取C20混凝土

E=20.0Gpa,P=0.167,P=0.0024Mkg/m3

圖1三峽下游壩面鋼襯鋼筋混凝土管道幾何模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

計(jì)算模型采用三維空間立體結(jié)構(gòu)來模擬,縱向長度取為40m。共劃分網(wǎng)格7020

個(gè),節(jié)點(diǎn)總數(shù)7942個(gè)。網(wǎng)格總數(shù)及密度基本上能滿足運(yùn)算精度要求。劃分網(wǎng)格

中采用的單元類型分別為PLANE42,SHELL63和SOUD45。其中鋼管網(wǎng)格劃分采

用殼單元,其對應(yīng)的實(shí)常數(shù)取殼體單元的厚度為0.03m,即四個(gè)節(jié)點(diǎn)等厚度。

圖2:鋼管混凝土計(jì)算網(wǎng)格模型

三.具體計(jì)算流程

計(jì)算過程分為兩個(gè)工況:1)完建期2)運(yùn)行期

其對應(yīng)的荷載分別為:1)完建期=自重

2)運(yùn)行期=自重+內(nèi)水壓力

分別計(jì)算分析該模型在對應(yīng)荷載作用下的變形及受力特點(diǎn)。其中材料特性單位局

采用標(biāo)準(zhǔn)單位。即:長度:m;彈性模量E:Mpa;密度P:Mkg/水的容重?:

水的容重/取為0.0098。由于壓力水頭為50m,故內(nèi)水壓力

yxh=0.0098x50=0.49

對于該問題邊界約束施加為:X向左右兩側(cè)UX向約束;

Y向模型底部全約束;

下面為模型建立及計(jì)算的APDL命令流:

/BATCH

/PREP7

!!!!模型建立部分

!!!!模型建立部分

!關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)

k,,0,0,0

k〃25,0,0

k〃25,15.07,0

k〃0,15.07,0

k〃4.3,8.6,0

k〃20.7,8.6,0

k〃20.7,16.8,0

k〃4.3,16.8,0

k〃12.5,16.8,0

!生成線,面

LSTR,4,1

LSTR,1,2

LSTR,2,3

LSTR,3,4

LSTR,5,6

LSTR,6,7

LSTR,7,8

LSTR,8,5

FLS7;2,4,4

FITEM,2,1

FITEM,2,2

FITEM,2,3

FITEM,2,4

AL,P51X

FLST2,4,4

FITEM,2,8

FITEM25

FITEM,2,6

FITEM,2,7

AL,P51X

CYL4,12.5,16.8,8.2

ASBL,3,7

ADELE,5,,,1

CYL4,12.5,16.8,6.2

FLST,2,3,5,ORDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,-4

APTN,P51X

FLS7;2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,5

FITEM,2r6

ADELE,P51X,,,1

FLSI;324QRDE,2

FITEM,3,14

FITEM,3,-15

ASBL,1,P51X

ADELE,2,,,1

ALLSEL,ALL

FLST,2,3,5,ORDE,3

FITEM23

FITEM,27

FITEM,2r8

A0VLAP,P51X

WPSTYLE〃〃〃,,1

KWPAVE,5

wpro,,-90.000000,

ASBW5

KWPAVE,16

wpro/z/90.000000

FLST,2,3,5,ORDE,3

FITEM,2,4

FITEM,2,7

FITEM,2,-8

ASBWP51X

KWPAVE,5

ASBW11

KWPAVE,6

ASBW13

LSTR,9,5

LSTR,9,6

LPLOT

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,10

FITEM,2,12

FLST,3,2,4QRDE,2

FITEM,3,33

FITEM,3,37

ASBL,P51X,P51X

NUMMRG,ALL,,,,LOW

!指定單元類型

ET,1,PLANE42

ET,2,SHELL63

R,1,0.03,0.03,0.03,0.03,,,

E7;3,SOLID45

!!!!網(wǎng)格劃分部分

!!!!網(wǎng)格劃分部分

!劃分網(wǎng)格

TYPE,1

MAT,

REAL,1

ESYS,0

SECNUM,

FLS[5,5,4,ORDE,5

FITEM,5,1

FITEM,5,18

FITEM,5,20

FITEM,5,-21

FITEM524

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL?_Y

LESZE,_Y1,,4,,,,O

FLST,5,3,4,ORDE,3

FITEM,5,29

FITEM,5,38

FITEM,5,40

CM-YLINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

LESIZE,_Y1,,,6,,,,,O

FLS[5,4,4,ORDE,4

FITEM,5,H

FITEM,5,-12

FITEM5"

FITEM,5,19

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL〃_Y

LESIZE,_Y1,,」2,,,,,O

FLST5,8,4,ORDE,7

FITEM,5,3

FITEM,5,25

FITEM,5z-26

FITEM,5,32

FITEM,5,39

FITEM,5,41

FITEMz5,-43

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE,_Y1,,,8,,,,,O

FLSTZ5,4,4,ORDE,4

FITEM,5,8

FITEM514

FITEM527

FITEM,5,-28

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZED,,,,。

FLST,554QRDE,5

FITEM,5,2

FITEM,5,15

FITEM,5,-16

FITEM531

FITEM,5,35

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE-Yl,,,8,0,25,,,,0

FLST,5,3,4QRDE,3

FITEM,5,2

FITEM,5,31

FITEM,5,35

CM,_Y,LINE

LSEL,,,,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL-Y

LESIZE-Yl,,,8,4,,,,0

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,1

FLST,5,145ORDE,5

FITEM,5,1

FITEM,5,-9

FITEM,5,11

FITEM,5,13

FITEM,5,-16

CM,_Y,AREA

ASELZ//ZP51X

CM,_Y1,AREA

CHKMSH;AREA'

CMSEL,S,_Y

AMESH,_Y1

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

ALLSEL,ALL

NUMMRG,ALL,,,,LOW

!沿2方向拖拉形成體

VEXT,ALL,,,0,0,40,,〃

TYPE,3

MAT,

REAL,1

ESYS,0

SECNUM,

VSWEEP,ALL

ALLSEL,ALL

!清除多余的面網(wǎng)格

ACLEAR,ALL

!劃分殼單元網(wǎng)格

FLST,5,8,5,ORDE,8

FITEM,5,18

FITEM,5,23

FITEM538

FITEM,5,53

FITEM,5,59

FITEM,5,62

FITEM,5,65

FITEM,5,67

ASELS-P51X

!形成鋼管,外包,壩體組建,及N_UX,N_UY,N_UZ組建

TYPE,2

MAT,

REAL,1

ESYS,0

SECNUM,

AMESH,ALL

CM,A_gangguan,AREA

ALLSEL,ALL

FLST,5,4,6,ORDE,4

FITEM,5,1

FITEM5?2

FITEM,5,5

FITEM,5,9

VSEL,S,Z/P51X

CM,V_WAIBU,VOLU

ALLSEL,ALL

FLST,5,10,6,ORDE,6

FITEM,5,3

FITEM5-4

FITEM,5,6

FITEM,5r8

FITEM,5,10

FITEM,5,?14

VSEL,S///P51X

VPLOT

CM,V_BATI,VOLU

NSEL,S,LOC,X,0

NSEL,A,LOC,X,25

CM,N_UX,NODE

ALLSEL,ALL

NSEL,S,LOC,Y,0

CM,N_UY,NODE

ALLSEL,ALL

NSEL,S,LOC,Z,0

NSEL,A,LOC,Z,40

CM,N_UZ,NODE

ALLSEL,ALL

NUMMRG,ALL,,,,LOW

NUMCMP,ALL

!定義材料屬性

MP,EX,1,210000

MP,PRXY,1Q3

MP,DENS,1,0.0078

MP,EX,2,25500

MP,PRXV,0.167

MP,DENS,2,0.0025

MP,EX,3,20000

MP,PRXY,3,0.167

MP,DENS,3,0.0024

!將材料賦給指定單元

CMSEL,S,A_GANGGUAN

ESL\4S

EMODIF,ALL,MAT,1

ALLSEL,ALL

CMSEL,S,V_WAIBU

ESLV,S

EMODIF,ALL,MATZ2

ALLSEL,ALL

CMSEL,S,V_BATI

ESLV,S

EMODIF,ALL,MAT,3

ALLSEL,ALL

/PNUM,MM;1

/REPLOT

!施加約束

D,N_UX,UX

D,N_UY,all

!TIME1施加重力荷載

FINISH

/SOL

ACELQ,9.8,0,

ALLSEL,ALL

/STATUS,SOLU

SOLVE

!TIME2施加內(nèi)水壓力荷載

CMSEL,S,A_GANGGUAN

NSLA,S,1

SF,ALL,PRES,?0.49

ALLSEL,ALL

/STATUS,SOLU

SOLVE

四.計(jì)算結(jié)果分析:

整個(gè)實(shí)體模型包括三部分,即:壓力鋼管,外包混凝土部分,壩體混凝土部分。

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:10:52

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

UX

TOP

RSYS=0

DMX403E-03

SMN=-.951E-04

SMX=.951E-04

A-.845E-04

B634E-04

C=-.422E-04

D=-.211E-04

E=-.309E-14

F=.211E-04

G-.422E-04

H634E-04

I=.845E-04

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:08:04

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME-1

UY

TOP

RSYS-0

DMX?.403E-03

SMN403E-03

A=".380E-03

B336E-03

C=-.291E-03

D=-.246E-03

E-.201E-03

F--.157E-03

G=-.112E-03

H-.671E-04

I?-.224E-04

全部UY

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:19:05

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

UZ

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-.335E-04

SMX=.335E-04

A=-.298E-04

B=-.223E-04

C-.149E-04

D?-.744E-05

E=.268E-12

F=.744E-05

G=.149E-04

H-.223E-04

I=.298E-04

uz沿側(cè)向觀察

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:24:54

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SX(AVG)

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-.778878

SMX=3.208

A-.55738

B=-.114384

C=.328612

D=.771608

E=1.215

F=1.658

G=2.101

H=2.544

I=2.987

外包混凝土X向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:34:04

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SY(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-2.384

SMX=.443374

A=-2.227

B=-1.913

C=-1.599

D=-1.285

E=".97048

F=-.65629

G=-.3421

H=-.02791

I=.28628

外包混凝土Y向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:39:54

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SZ(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN-2.202

SMX=8.093

A=-1.63

B=-.486552

C=.657369

D=1.801

E=2.945

F=4.089

G=5.233

H-6.377

I=7.521

外包混凝土z向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:49:20

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SX(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-1.479

SMX=6.247

A=-1.05

B=".191763

C=.66668

D-1.525

E=2.384

F=3.242

G-4.1

H=4.959

I=5.817

壓力管道上半部分X向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:52:14

NODALSOLUTION

STEP-1

SUB=1

TIME=1

SX(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.197E-03

SMN-4.464

SMX=1.67

A=-4.123

B=-3.442

C*-2.76

D=-2.078

E=-1.397

F=-.715166

G=-.033582

H=.648003

I=1.33

壓力管道下半部分X向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

20:58:40

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SY(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN=-4.309

SMX=.947284

A=-4.017

B=-3.433

C=-2.849

D=-2.265

E=-1.681

F=-1.097

G=".512804

H=.071231

I=.655266

壓力管道左半部分y向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:01:24

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SY(AVG)

TOP

RSYS-0

DMX=.403E-03

SMN=-4.309

SMX=.947284

A-4.017

B-3.433

C=-2.849

D=-2.265

E=-1.681

F=-1.097

G=-.512804

H=.071231

I=.655266

壓力管道右半部分y向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:11:32

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB-1

TIME=1

SZ(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.403E-03

SMN?-4.417

SMX=16.162

A-3.274

B-.987015

C=1.3

D-3.586

E-5.873

F=8.159

G-10.446

H=12.732

I=15.019

壓力管道上半部分z向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:15:17

NODALSOLUTION

STEP-1

SUB=1

TIME=1

SZ(AVG)

TOP

RSYS=0

DMX=.169E-03

SMN=-15.536

SMX-4.408

A=-14.428

B=-12.212

C=-9.996

D=-7.78

E=-5.564

F=-3.348

G=-1.132

H-1.084

I=3.3

壓力管道下半部分z向應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

次21:23:38

NODALSOLUTION

吆STEP-1

SUB=1

TIME=1

SI(AVG)

)TOP

DMX=.403E-03

SSMN020037

oA-16.162

B=.878976

C=2.677

D=4.475

E=6.273

F=8.071

G=9.869

H=11.667

I=13.465

=15.263

kI

o>

壓力管道上半部分第一主應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:26:46

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME=1

SI(AVG)

TOP

DMX=.169E-03

SMN=".011316

SMX=4.408

A

=.234204

B

C=.725245

D=1.216

E=1.707

F=2.198

G=2.689

H=3.18

I=3.671

=4.163

壓力管道下半部分第一主應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

21:29:35

NODALSOLUTION

STEP=1

SUB=1

TIME-1

S2(AVG)

TO?

DMX-.403E-03

SMN—2.799

SMX=6.247

A=-2.297

B-1.291

C=-.286397

D=.718673

E-1.724

F=2.729

G=3.734

H=4.739

I=5.744

壓力管道上半部分第二主應(yīng)力

ANSYS12.0.1

JAN42011

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