基于ANSYS的水工压力隧洞配筋计算研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：为提升水工压力隧道配筋效果，在确保隧道结构强度的前提下，减少隧道施工环节对于钢筋使用数量的需求，管控施工成本。文章将配筋计算作为研究核心，以ANSYS技术为框架，从多个维度出发，梳理技术流程，构建计算模型，以期为后续相关水电站隧道工程的施工建设提供参考。
　　关键词 ANSYS 水工压力 隧道配筋 计算方案
　　0前言
　　ANSYS软件在水工压力隧道配筋计算活动中的应用，凭借自身的技术优势，实现了对水工压力隧道钢筋配比的直观性分析，大大降低了配筋计算的难度。但受制于多种因素的影响，水工压力隧道配筋计算环节，对于ANSYS软件的应用水平较低，无法真正发挥出ANSYS软件的技术优势。为了进一步提升ANSYS软件的实用性，文章在分析ANSYS软件特点的基础上，从水工压力隧道模型建立以及配筋计算两个角度出发，切实提升水工压力隧道配筋计算环节，ANSYS软件的应用效果，以期在提升配筋计算准确性的基础上，缩短计算周期，避免额外的费用支出。
　　1 ANSYS软件概述
　　ANSYS软件作为一种有限元分析软件，其有效满足大型复杂问题的分析以及处理需求，在提升分析计算结果精度的同时，大大降低了分析人员的工作压力，缩短计算周期，为后续相关工作的开展提供方向性引导。
　　ANSYS主要包括前处理模块、分析计算模块以及后处理模块等几大部分组成。例如前处理模块，为整个计算分析系统提供了必要的建模与网格划分工具，用户在登陆软件后，根据自身的需求，在短时间内完成建模。分析计算模块实现了对多种场景的模拟，分析多种物理介质之间的相互作用，与其他计算分析软件相比，其具有更高的林敏度以及可靠性。后处理模块主要是通过梯度显示、立体切片显示等多种方式，将计算分析结果直观呈现出来，大大提升计算分析结果的实用性。现阶段我国在水电站高压引水隧道规划施工环节，普遍采取钢衬钢筋混凝土压力管道，这种管道结构强度高，成本较低，使用寿命较长，较好地满足了水工压力隧道的使用需求。钢衬钢筋混凝土管道将钢衬与钢筋两种材质进行混合使用，借此来防范重大安全事故的发生。但是受到工艺等因素的限制，钢衬钢筋混凝土滚到在使用环节，往往需要配筋进行衬砌，在配筋环节，工作人员，不仅要统筹考虑钢衬、配筋的承载，还需要对混凝土开裂后裂缝宽度进行评估，难度较大，进而影响配筋计算的准确性。基于这种情况，越来越多的施工单位以及技术人员尝试将ANSYS软件引入到水工压力隧道钢衬钢筋混凝土管道的分析环节，希望借助于软件的技术优势，在较短时间内，快速完成配筋计算工作，为后续相关共组的开展奠定坚实基础。
　　2 ANSYS框架水工压力隧道模型建立方法
　　ANSYS框架下水工压力隧道模型的建立，要求技术人员着眼于实际，结合ANSYS软件的技术构成，有针对性地开展水工压力隧道建模工作，为后续配筋计算提供便利。
　　ANSYS软件在对水工压力隧道进行配筋计算的过程中，根据软件的功能模块设置以及相关工作要求，在配筋计算之前，应当组织技术人员，进行水工压力隧道的建模。在实际的建模环节，使用solid65对混凝土进行模拟，对于管道中使用的钢衬则通过ANSYS软件中壳单位进行模拟，在模拟过程中，混凝土与钢衬之间不设置连接处理，以确保模型真实地反应实际情况，为后续相关配筋计算工作的进行营造出真实有效的环境。在ANSYS软件的技术支持下，技术人员根据水工压力隧道的实际情况，对隧道顶拱、底拱、左侧隧道面、右侧隧道面作为配筋計算的主要对象，在单时间内，快速完成配筋计算工作。
　　以某水工压力隧道施工项目为例，该项目隧道内径16.8m，埋藏深度114m，在隧道配筋计算过程中，采用ANSYS软件，对混凝土、钢衬等隧道主要构建进行模拟，在模拟环节，该项目技术人员采取solid73模块作为基本单元，完成对轨道钢衬以及壳体的模拟，在模拟环节，考虑到工程中设计隧道衬砌的厚度为80cm，技术人员考虑到5倍洞径外的岩石，对于管道产生的作用较小，因此在建模环节，技术人员只是将隧道施工区域内5倍洞径内的区域进行了模拟，在水工压力隧道有限元模型构建环节，在施工区域内共划分为出8994个单元，17628个节点，其中主要的建模单元以及节点，均分布隧道顶拱、底拱、左侧隧道面、右侧隧道面，在形成了一个完整的水工压力隧道模型，较好地反映出钢衬钢筋混凝土管道衬砌结构的基本形态。通过这种方式，既能够确保建模工作的质效，又能够降低工作强度，减少不必要的费用支出。
　　3基于ANSYS的隧道配筋计算方法
　　ANSYS软件下，水工压力隧道配筋计算方案的确立，应当在隧道模型的基础上，梳理隧道配筋的原理，从应力转化的角度出发，扎实开展配筋计算工作。
　　3.1配筋计算的基本原理
　　配筋计算作为提升建筑结构强度的重要手段，通过配筋计算，有效提升建筑结构的强度，避免缺筋的情况出现，同时也能够减少不必要的浪费，管控成本，实现经济效益与社会效益的统一。通过对水工压力隧道、衬砌结构以及一定水工区域的有限元建模处理，技术人员在短时间内，形成衬砌结构的空间力场，在空间立场中，水工压力隧道内产的应力会真实地作用于模型之中，在此基础上，技术人员通过数据收集以及整理工作，完成水工压力隧道内部轴力、剪力以及弯矩等参数的确定，以上述参数为基础，推动配筋计算工作的顺利进行。
　　3.2应力转化分析
　　在对水工压力隧道配筋计算过程中，技术人员应当做好应力转化的计算分析工作，在分析计算环节，技术人员在前期工作的基础上，采取有效措施，利用高斯积分点法，有效进行应力的转化以及分析工作。从实际情况来看，应力的转化主要通过内力来实现，基于这种实际，在实际的分析环节，技术人员充分借助于高斯积分点法，将应力转化过程中，应力的位置以及内力大小进行分析，同时，使用轴力、剪力以及弯矩等参数，快速完成应力的转化工作。通过这种方式，水工压力隧道配筋计算工作得以有序进行，较为直观地反映出水工压力隧道配筋要求，为后续衬砌工作的开展准备了条件，大大增强了配筋的实用性，推动水工压力隧道开发施工活动的有序开展。
　　3.3 ANSYS软件配筋计算的基本方法
　　技术人员在实际的配筋计算环节，可以借助于必要的手段，充分利用软件功能模块设置，从前处理模块、分析计算模块以及后处理模块等环节入手，扎实做好配筋计算工作。根据工作要求，在一定范围内，进行建模处理，在确保建模效果的基础上，提升建模质量，缩短建模周期，减少额外的费用支出，确保技术人员能够快速完成建模处理，同时使用高斯积分点，对水工压力隧道配筋环节，隧道拱顶、拱底以及隧道侧边的受力情况进行全面分析，进而完成衬砌承受的应力进行分析评估，并做好应力转化计算工作。通过这种方式，能够充分利用软件优势，在短时间内，快速获取计算分析结果，进而提升配筋计算的有效性以及针对性，为后续配筋工作的开展提供参考，同时也为水工压力隧道施工活动的进行提供了便利。
　　4结语
　　为进一步做好水工压力隧道配筋计算工作，文章以ANSYS软件为突破口，通过有限元分析模型的构建，对水工压力隧道钢筋配置方案进行全面梳理，明确钢筋配置特征以及要求。以此为切入点，从应力转化等层面出发，切实做好水工压力隧道配筋计算工作。
　　参考文献
　　[1] 周伟，王健.水工压力隧道结构配筋计算分析[J].地下水，2016（04）：97-99.
　　[2] 舒恒.水工压力隧道结构设计若干关键问题分析[J].工程建设与设计，2018（04）：31-32.
　　[3] 陶钧烨，吕爱钟，尹崇林.非圆形压力隧道考虑支护滞后过程的应力与位移解析[J].长江科学院学报，2018（01）：52.
　　[4] 孙留颖.基于ANSYS的应力闸墩补强加固三维有限元分析[J].华北水利水电大学，2016（04）：113-116.
　　[5] 顾滨，王美懿.基于ANSYS对丰满水电站重建工程溢流坝预应力闸墩优化方案的研究[J].水利水电技术，2016（07）：99-102.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14962134.htm