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文档简介
钢筋混凝土管道的弹性分析计算
一.三峡背管相关资料
1.工程概况
该电站为巨型水电站,坝型为混凝土重力坝。坝高145m,坝顶高程185m,正
常蓄水位175m,坝段宽25m。采用坝后式厂房,装机26台,采用单机单管形
式,单机容量700MW。电站压力管道管径为12.4m,HD值为1730m?。压力管
道采用坝后背管布置形式,在下游坝面预留浅槽,管道埋入坝面以内约V2管径。
压力管道背管部分采用钢衬钢筋混凝土管形式,管道规模大,结构新颖,技术复
杂,管道工作条件十分复杂。
2.材料及参数
管道钢衬采用钢板,板厚口3
16MnR30mm,E=210GPa,=0.3,P=0.0078Mkg/mo
敢砌砌3坝
C30,E=25,5GPa,U=0,167,P=0.0025Mkg/mo
体混凝土标号C20,材料参数查混凝土设计规范。查规范后取C20混凝土
E=20.0Gpa,H=0.167,P=0.0024Mkg/m3
图1三峡下游坝面钢衬钢筋混凝土管道儿何模型
结构计算模型
计算模型采用三维空间立体结构来模拟,纵向长度取为40m。共划分网格7020
个,节点总数7942个。网格总数及密度基本上能满足运算精度要求。划分网格
中采用的单元类型分别为PLANE42,SHELL63和SOLID45。其中钢管网格划分采
用壳单元,其对应的实常数取壳体单元的厚度为0.03m,即四个节点等厚度。
图2:钢管混凝土计算网格模型
三.具体计算流程
计算过程分为两个工况:1)完建期2)运行期
其对应的荷载分别为:1)完建期=自重
2)运行期=自重+内水压力
分别计算分析该模型在对应荷载作用下的变形及受力特点。其中材料特性单位局
采用标准单位。即:长度:m;弹性模量E:Mpa;密度P:Mkg/,;水的容重y:
/tn
M%,。水的容重7取为0.0098。由于压力水头为50m,故内水压力
p=/x/i=0.0098x50=0.49
对于该问题边界约束施加为:X向左右两侧UX向约束;
Y向模型底部全约束;
下面为模型建立及计算的APDL命令流:
/BATCH
/PREP7
!!!!模型建立部分
!!!!模型建立部分
!关键点坐标
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〃20.7t16.8,o
k〃4.3,16.8,0
k〃12.5,16.8,o
!生成线,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
FLS12,4,4
FITEM,2,1
FITEM,2,2
FITEM,2,3
FITEM,2,4
AL,P51X
FLS12,4,4
FITEM,2,8
FITEM,2,5
FITEM,2,6
FITEM,2,7
AL,P51X
CYL4J2.5,16.8,8.2
ASBL,3,7
ADELE,5,,,1
CYL4,12.5,16.8,6.2
FLSE235QRDE,2
FITEM,2,2
FITEM,2,・4
APTN,P51X
FLST2,2Z5/ORDE,2
FITEM,2,5
FITEM,2z-6
ADELE,P51XZ//1
FLS7;3,2,4,ORDE,2
FITEM,3,14
FITEM,3,-15
ASBL,1ZP51X
ADELE,2,,,1
ALLSEL,ALL
FLST2,3,5,ORDE,3
FITEM,2,3
FITEM,2,7
FITEM2-8
A0VLAP,P51X
WPSTYLE,〃〃〃,1
KWPAVE,5
wpro„-90.000000z
ASBW,5
KWPAVE,16
wpro„,90.000000
FLS1235ORDE,3
FITEM,2,4
FITEM,2,7
FITEM2-8
ASBW,P51X
KWPAVE,5
ASBW,11
KWPAVE,6
ASBW,13
LSTR,9,5
LSTR,9,6
LPLOT
FLST2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,10
FITEM,2Z12
FLST32,4,ORDE,2
FITEM,3,33
FITEM337
ASBL,P51X,P51X
NUMMRG,ALL,,,,L0W
!指定单元类型
EUPLANE42
ET2,SHELL63
R,l,0.03,0.03,0.03,0.03,,,
E7;3,SOLID45
!!!!网格划分部分
!!!!网格划分部分
!划分网格
TYPE,1
MAT,
REAL,1
ESYS,0
SECNUM,
FLST5,5,4,ORDE,5
FITEM,5,1
FITEM,5,18
FITEM,5,20
FITEM,5,-21
FITEM,5,24
CM,_Y,LINE
LSEL,,,尸51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE-Yl,,,4,,,,,0
FLS7;534QRDE,3
FITEM,5,29
FITEM,5,38
FITEM,5,40
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL-Y
LESIZE,_YL,,6,,,,,0
FLST5,4,4,ORDE,4
FITEM,5Z11
FITEM5-12
FITEM,5Z17
FITEM,5,19
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL-Y
LESIZE,_Y1,,,12,,,,,O
FLST5,8,4,ORDE,7
FITEM,5,3
FITEM,5,25
FITEM,5,-26
FITEM,5,32
FITEM,5,39
FITEM,5,41
FITEM,5,-43
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL-Y
LESIZE-Yl,,,8,,,,,0
FLST5A4,ORDE,4
FITEM,5,8
FITEM,5,14
FITEM,5,27
FITEM,5r28
CM,_Y,LINE
LSEL,…,P51X
CM,_YI,LINE
CMSEL〃_Y
LESIZE,_Y1,,,6,,,,,0
FLS1554QRDE,5
FITEM,5,2
FITEM,5Z15
FITEM,5,-16
FITEM,5Z31
FITEM,5,35
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL-Y
LESIZE,_Y1,,,8,0,25,,,,0
FLS1534QRDE,3
FITEM,5,2
FITEM,5,31
FITEM535
CM,_Y,LINE
LSELZ一,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL〃_Y
LESIZE,_Y1,,,8,4,,,,0
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
FLS[5,14,5,ORDE,5
FITEM,5,1
FITEM,5,-9
FITEM,5,11
FITEM,5」3
FITEM,5,-16
CM,_Y,AREA
ASELZ///P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH;AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
ALLSEL,ALL
NUMMRG,ALL/Z//LOW
!沿2方向拖拉形成体
VEXTALL,,,0Q40〃〃
TYPE,3
MAT,
REAL,1
ESYS,0
SECNUM,
VSWEEP,ALL
ALLSEL,ALL
!清除多余的面网格
ACLEAR,ALL
!划分壳单元网格
FLS[5,8,5ORDE,8
FITEM,5,18
FITEM,5,23
FITEM,5,38
FITEM,5Z53
FITEM,5,59
FITEM,5,62
FITEM,5,65
FITEM567
ASEL,S,,,P51X
!形成钢管,外包,坝体组建,及N_UX,N_UY,N_UZ组建
TYPE,2
MAT
REAL,1
ESYS,0
SECNUM,
AMESH,ALL
CMyA_gangguanyAREA
ALLSEL,ALL
FLST5,4,6,ORDE,4
FITEM,5,1
FITEM,5r2
FITEM,5,5
FITEM,5,9
VSEL,S,,,P51X
CM,V_WAIBU,VOLU
ALLSEL,ALL
FLS[5,10,6QRDE,6
FITEM,5,3
FITEM,5,-4
FITEM,5,6
FITEM,5,-8
FITEM,5,10
FITEM,5,-14
VSEL,S,,,P51X
VPLOT
CMyV_BATI,VOLU
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,A,LOC,X,25
CM,N_UX,NODE
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,YO
CM,N_UXNODE
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,Z,0
NSEL,A,LOC,乙40
CM,N_UZ,NODE
ALLSEL,ALL
NUMMRG,ALL/Z//LOW
NUMCMP,ALL
!定义材料属性
MP,EX,1,210000
MP,PRXYl,0.3
MP,DENS,1,0.0078
MP,EX,2,25500
MP,PRXX2,0.167
MP,DENS,2,0.0025
MP,EX,3,20000
MP,PRXX3,0.167
MP,DENS,3,0.0024
!将材料赋给指定单元
CMSEL,S,A_GANGGUAN
ESLV,S
EMODIF,ALL,MA7;1
ALLSEL,ALL
CMSEL,S,V_WAIBU
ESLV,S
EMODIF,ALL,MA7;2
ALLSEL,ALL
CMSEL,S,V_BATI
ESLVZS
EMODIF,ALL,MA7;3
ALLSEL,ALL
/PNUM,MA1;1
/REPLOT
!施加约束
D,N_UX,UX
D,N_UY,all
ITIME1施加重力荷载
FINISH
/SOL
ACEL,0,9.8,0,
ALLSEL,ALL
/STATUS,SOLU
SOLVE
STIME2施加内水压力荷载
CMSEL,S,A_GANGGUAN
NSLA,S,1
SF,ALL,PRES厂0.49
ALLSEL,ALL
/STATUS,SOLU
SOLVE
四.计算结果分析:
整个实体模型包括三部分,即:压力钢管,外包混凝土部分,坝体混凝土部分。
ANSYS12.0.1
JAN42011
20:10:52
NODALSOLUTION
STEP=1
SUB=1
TIME=1
UX
TOP
RSYS=0
DMX=.403E-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
H=.634E-04
I».845E-04
全部UX
ANSYS12.0.1
JAN42011
20:08:04
NODALSOLUTION
STEP=1
SUB=1
TIME-1
UY
TOP
RSYS-0
DMX=.403E-03
SMN=".403E-03
A-.380E-03
B=—.336E—03
C=-.291E-03
D-.246E-03
E=-.201E-03
F157E-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沿侧向观察
ANSYS12.0.1
JAN42011
20:24:54
NODALSOLUTION
STEP-1
SUB=1
TIME=1
SX(AVG)
TOP
RSYS=0
DMX=.403E-03
SMN=-.778878
SMX=3.208
A
B=-.55738
C=-.114384
D=.328612
E=.771608
F=1.215
G=1.658
H=2.101
I=2.544
=2.987
外包混凝土X向应力
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向应力
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
S
A=8.093
B=-1.63
C=".486552
D=.657369
E=1.801
F=2.945
G=4.089
H=5.233
I=6.377
-7.521
外包混凝土z向应力
ANSYS12.0.1
JAN42011
20:49:20
NODALSOLUTION
STEP=1
SUB=1
TIME=1
SX(AVG)
RSYS=0
=.403E-03
=-1.479
=6.247
A
B=-1.05
C=-.191763
D=.66668
E-1.525
F=2.384
G=3.242
H-4.1
I=4.959
=5.817
压力管道上半部分X向应力
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
压力管道下半部分X向应力
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
压力管道左半部分y向应力
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
压力管道右半部分y向应力
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
-1.3
=3.586
-5.873
-8.159
=10.446
=12.732
-15.019
压力管道上半部分z向应力
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
压力管道下半部分z向应力
ANSYS12.0.1
JAN42011
21:23:38
NODALSOLUTION
STEP=1
SUB=1
TIME=1
SI(AVG)
TOP
DMX».403E-03
SSMN=".020037
A=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
压力管道上半部分第一主应力
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=.725245
C=1.216
D=1.707
E=2.198
F=2.689
G=3.18
H=3.671
I=4.163
压力管道下半部分第一主应力
ANSYS12.0.1
H(VFJAN42011
21:29:35
NODALSOLUTION
STEP=1
SUB=1
TIME=1
S2(AVG)
TOP
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
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