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传统的拱梁分载的有限元分析

(2024-11-21 21:30:03)
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有限元分析

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强度分析

编辑:杭州那泰有限元分析公司    www.nataid.com

传统的拱梁分载的有限元分析

传统的拱梁分载法中,一般采用杆件计算的平截面假定,即认为拱的径向竖直横截面和梁的水平横截面在变形后仍然保持为平面。但拱的上下剖面(水平截面)在拱的扭转内力作用下成为扭曲面;同时梁的侧面(径向竖直截面)在梁的扭转内力作用下成为扭曲面。这表明平截面假定使得算法在“是否允许产生扭曲变形”的问题陷入了矛盾。文献提出在拱梁分载法分析中以径向纤维直线假定代替平截面假定,即认为坝体水平径向纤维在变形后仍保持为直线,并在此假定下对拱梁的变形进行了分析,很好地解决了变形协调的矛盾。

(1)中,x为横河方向,指向坝体右岸为正;y为竖直方向,向下为正;z为顺河方向,指向下游为正;右端第一项由拱内力引起;第二项由截面平均温升Tm与线性温差Td引起;第三项由竖向正应力的泊松比效应引起。式(2)~式(4)中,E为弹性模量;G为剪切模量;μ为泊松比;S为截面积;γz为径向剪应变修正系数;Im为转动惯量;αT为热线胀系数。

有限元分析方法的基本思想是将结构离散成有限个单元,并在各个单元上指定结点,从而构成整个有限元模型用来模拟实际结构。对结构进行整体分析,建立以结构的结点位移列阵为未知量的整体平衡方程组。

   以高拱坝白鹤滩为背景,选取其1/3坝高处典型拱圈,基于大型通用有限元软件ANSYS建立计算模型,进行用有限元方法实现径向纤维直线假定的探讨。白鹤滩水电站最大坝高277 m有限元分析公司选取的拱圈位于高程640 m(承受180 m水压),为了便于同结构力学法的解析解作比较,将此拱圈简化成等厚圆拱,拱圈中心线半径为280 m,厚度为70 m,中心角为93.4°。基岩沿上下游各取1倍坝高,向左右岸各取1.5倍坝高。网格划分,拱圈和基岩均采用平面单元PLANE42,拱圈沿厚度方向划分8层单元,沿弧长方向划分20层单元,模型见图1。在拱圈121号纤维处分别按插入刚性单元和设定自由度耦合约束的方法,建立两种有限元模型进行基于径向纤维直线假定的拱圈有限元分析。

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