ANSYS钢筋混凝土压力管道作业.docx
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ANSYS钢筋混凝土压力管道作业
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1730m²。
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1/2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16MnR钢板，板厚30mm，E=210GPa，μ=0.3，ρ=0.0078Mkg/m3。
管道外包混凝土厚度为2.0m，标号采用C30，E=25.5GPa，μ=0.167，ρ=0.0025Mkg/m3。
坝体混凝土标号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，μ=0.167，ρ=0.0024Mkg/m3
图1三峡下游坝面钢衬钢筋混凝土管道几何模型
二.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ρ：
；水的容重
：
。
水的容重
取为0.0098。
由于压力水头为50m，故内水压力p=
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,,20.7,16.8,0
k,,4.3,16.8,0
k,,12.5,16.8,0
!
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
FLST,2,4,4
FITEM,2,1
FITEM,2,2
FITEM,2,3
FITEM,2,4
AL,P51X
FLST,2,4,4
FITEM,2,8
FITEM,2,5
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
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,5
FITEM,2,-6
ADELE,P51X,,,1
FLST,3,2,4,ORDE,2
FITEM,3,14
FITEM,3,-15
ASBL,1,P51X
ADELE,2,,,1
ALLSEL,ALL
FLST,2,3,5,ORDE,3
FITEM,2,3
FITEM,2,7
FITEM,2,-8
AOVLAP,P51X
WPSTYLE,,,,,,,,1
KWPAVE,5
wpro,,-90.000000,
ASBW,5
KWPAVE,16
wpro,,,90.000000
FLST,2,3,5,ORDE,3
FITEM,2,4
FITEM,2,7
FITEM,2,-8
ASBW,P51X
KWPAVE,5
ASBW,11
KWPAVE,6
ASBW,13
LSTR,9,5
LSTR,9,6
LPLOT
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,10
FITEM,2,12
FLST,3,2,4,ORDE,2
FITEM,3,33
FITEM,3,37
ASBL,P51X,P51X
NUMMRG,ALL,,,,LOW
!
指定单元类型
ET,1,PLANE42
ET,2,SHELL63
R,1,0.03,0.03,0.03,0.03,,,
ET,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,
FLST,5,5,4,ORDE,5
FITEM,5,1
FITEM,5,18
FITEM,5,20
FITEM,5,-21
FITEM,5,24
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,4,,,,,0
FLST,5,3,4,ORDE,3
FITEM,5,29
FITEM,5,38
FITEM,5,40
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,6,,,,,0
FLST,5,4,4,ORDE,4
FITEM,5,11
FITEM,5,-12
FITEM,5,17
FITEM,5,19
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,12,,,,,0
FLST,5,8,4,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,_Y1,,,8,,,,,0
FLST,5,4,4,ORDE,4
FITEM,5,8
FITEM,5,14
FITEM,5,27
FITEM,5,-28
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,6,,,,,0
FLST,5,5,4,ORDE,5
FITEM,5,2
FITEM,5,15
FITEM,5,-16
FITEM,5,31
FITEM,5,35
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,8,0.25,,,,0
FLST,5,3,4,ORDE,3
FITEM,5,2
FITEM,5,31
FITEM,5,35
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,8,4,,,,0
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
FLST,5,14,5,ORDE,5
FITEM,5,1
FITEM,5,-9
FITEM,5,11
FITEM,5,13
FITEM,5,-16
CM,_Y,AREA
ASEL,,,,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
ALLSEL,ALL
NUMMRG,ALL,,,,LOW
!
沿Z方向拖拉形成体
VEXT,ALL,,,0,0,40,,,,
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
FLST,5,8,5,ORDE,8
FITEM,5,18
FITEM,5,23
FITEM,5,38
FITEM,5,53
FITEM,5,59
FITEM,5,62
FITEM,5,65
FITEM,5,67
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
CM,A_gangguan,AREA
ALLSEL,ALL
FLST,5,4,6,ORDE,4
FITEM,5,1
FITEM,5,-2
FITEM,5,5
FITEM,5,9
VSEL,S,,,P51X
CM,V_WAIBU,VOLU
ALLSEL,ALL
FLST,5,10,6,ORDE,6
FITEM,5,3
FITEM,5,-4
FITEM,5,6
FITEM,5,-8
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
!
定义材料属性
MP,EX,1,210000
MP,PRXY,1,0.3
MP,DENS,1,0.0078
MP,EX,2,25500
MP,PRXY,2,0.167
MP,DENS,2,0.0025
MP,EX,3,20000
MP,PRXY,3,0.167
MP,DENS,3,0.0024
!
将材料赋给指定单元
CMSEL,S,A_GANGGUAN
ESLV,S
EMODIF,ALL,MAT,1
ALLSEL,ALL
CMSEL,S,V_WAIBU
ESLV,S
EMODIF,ALL,MAT,2
ALLSEL,ALL
CMSEL,S,V_BATI
ESLV,S
EMODIF,ALL,MAT,3
ALLSEL,ALL
/PNUM,MAT,1
/REPLOT
!
施加约束
D,N_UX,UX
D,N_UY,all
!
TIME1施加重力荷载
FINISH
/SOL
ACEL,0,9.8,0,
ALLSEL,ALL
/STA
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