基于ansys的隧洞衬砌有限元分析配筋法研究_邵潮鑫

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1、第１２卷第４期南水北调与水利科技Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．４２０１４年８月Ｓｏｕｔｈ－ｔｏ－ＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒｓａｎｄＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．２０１４ＤＯＩ：１０．１３４７６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｎｓｂｄｑｋ．２０１４．０４．０２５基于ＡＮＳＹＳ的隧洞衬砌有限元分析配筋法研究邵潮鑫，沈振中（河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京２１００９８）摘要：水工隧洞衬砌承受水压力、围岩压力、弹性抗力等作用，常需要配筋。应用有限元法，提出了基于ＡＮＳＹＳ二次开发的水工隧洞衬砌有限元分析配筋法。通过

2、建立衬砌和围岩的整体有限元模型，计算分析了衬砌的应力分布，利用ＡＮＳＹＳ软件的后处理功能，得到控制断面的应力分布和断面的内力值，据此进行配筋计算。经分析比较，该方法得到的配筋量与规范中给出的公式法所得配筋量接近。最后，在伊泰兹水电站引水隧洞的衬砌配筋设计中对该方法进行了实际应用，证明其合理可行。关键词：水工隧洞；衬砌；ＡＮＳＹＳ；有限元分析配筋法；应力分析；数值计算；伊泰兹水电站中图分类号：ＴＶ６７２．１文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－１６８３（２０１４）０４－０１１６－０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦＥＭＡｎａｌｙｓｉｓＲｅｉｎｆｏｒ

3、ｃｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＴｕｎｎｅｌＬｉｎｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＳＨＡＯＣｈａｏ－ｘｉｎ，ＳＨＥＮＺｈｅｎ－ｚｈｏｎｇ（ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｆｆｉｃｉｅｎｔＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳａｆｅｔｙ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｕｎｎｅｌｂｅａｒｓｌｏａｄｓｓｕｃｈａｓｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｒｏｃｋｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｅｌａｓｔｉ

4、ｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｏｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｉｓｏｆｔｅｎｎｅｅｄｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＦＥＭａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡＮ－ＳＹＳ．ＡｗｈｏｌｅＦＥＭｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｌｉｎｉｎｇａｎｄｉｔｓｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｎｉｎｇ．Ｗｉｔｈｔｈｅｐｏｓｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆ

5、ｕｎｃｔｉｏｎｏｆＡＮＳＹＳ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗａｓｔｈｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｑｕａｎｔｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｓｉｍｉ－ｌａｒｔｏｔｈａｔｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｍｅｔｈｏｄＴｈｅＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔ

6、ｏｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｈｅａｄｒａｃｅｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅＩＴＡＣＨＩｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｄｒａｃｅｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｃｒｅｔｅｌｉｎｉｎｇ；ＡＮＳＹＳ；ＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ＩＴＡＺＨＩｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ水工隧洞是水利工程中

7、普遍采用的一种设施。根据５０５７－１９９６《水工混凝土结构设计规范》的相关要求，结合有ＤＬ／Ｔ５１９５－２００４《水工隧洞设计规范》，通常采用“公式法”和限元软件ＡＮＳＹＳ的自身特点，基于ＡＮＳＹＳ的衬砌有限元“边值法”进行隧洞衬砌的内力计算和配筋［１］。随着有限元分析配筋方法具体步骤如下。法（ＦＥＭ）的发展，该方法已大量应用于水工隧洞工程的应力（１）在ＡＮＳＹＳ中建立有限元模型。有限元模型包括隧［２－１４］，但水工隧洞衬砌的配筋仍大量采用规范洞衬砌以及山体围岩，围岩边界取至隧洞中心线的距离约为和稳定分析中方法，有限元分析配筋法尚不

8、成熟。本文利用有限元软件３～５倍洞径。衬砌的外围通常采用弹簧单元模拟，但这一方ＡＮＳＹＳ建立水工隧洞衬砌与围岩的数值计算模型，分析衬法不能准确地体现实际工程中岩体的状况，因此，本文采用砌的受力状态及应力分布，并探讨了基于ＡＮＳＹＳ有限