.ANSYS数值计算在土木工程中的应用及最新进展--上课.ppt

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1、土木工程结构数值分析概述（1）现代土木工程结构正向大型化、复杂化方向发展，需要高精度的结构分析与精确的过程仿真，作为结构设计、施工的基础；利用数字技术替代结构整体试验了解结构受力性能已成为经济、可靠的捷径；计算力学的发展为结构数值分析提供了理论基础，有限差分法、有限元法、边界元法…，新算法研究（并行计算、结构优化、反问题算法），本构理论的发展等；计算机科学的发展为高性能计算提供了条件，三维可视化建模技术、并行大容量计算系统、网络计算机。概述（2）1991年，美国“国家关键技术委员会”提出计算机仿真分析与建模是美国新时期应优先发展的关

2、键技术之一；工程研究进入新时期，美国自然科学基金建立机构“GeorgeE.BrownJr.NetworkforEarthquakeEngineeringResearch(NEES)”，专门从事地震工程研究，集实验、计算为一体，利用实验室和宽带网构建研究平台。15个装备先进的大型实验室+网络计算系统NEESgrid；数值分析的实现需要操作者具备良好的计算力学基础+工程结构知识+分析经验，熟练建模、选择计算方法、对结果作出正确的解释是任一项分析所要求的。结构分析对软件的实用性、准确性和适用性等方面的要求越来越高。工程项目的有限元计算成都

3、市市政中心抗震性能分析某雷达天线塔考虑土-桩-上部结构共同工作自振特性研究福堂水电站调压井开挖稳定性分析高技术厂房结构微振响应分析成都市政中心4号搂典型平面图结构总高度72.4m，总宽52.5m，单肢宽13.5m。结构长度134.368m；结构沿x轴对称，沿y轴严重不对称，竖向布置上采取了一边退台、一边挑出的方案，使重心逐渐向左偏移，各层质量、刚度相差较大。层平面图第一层第十一层第十五层第四层有限元建模杆件单元：BEAM188楼板、墙单元：SHELL181整个模型共为69243个单元、55907个节点SHELL181混凝土本构关系S

4、aenz公式表示的混凝土应力-应变关系计算中简化的混凝土本构关系钢材用两线型本构模型计算工况模态分析谱分析中震下弹性时程分析大震下弹塑性时程分析Mises屈服准则+随动强化模型输入地震波人工模拟波美国SanFernandoM6.5地震记录二个分量结构自振周期及振型第一周期1.69s第三周期1.12s第二周期1.54s位移反应最大水平位移和同时刻平均位移比值楼层A1波TH1波TH3波Umax(mm)U0Umax/U0Umax(mm)U0Umax/U0Umax(mm)U0Umax/U013.081.621.913.842.001.923

5、.701.951.90320.110.91.8424.413.61.8023.513.21.78431.717.41.8238.023.61.6137.121.41.73659.833.11.8171.045.11.5770.041.01.71775.841.21.8989.455.41.6188.650.61.751012965.71.9715584.61.8415178.21.931216789.31.872031171.741931021.8814205120.01.702491521.632341391.6815223140

6、.01.592711761.542541611.57层间位移变形形式：头部弯剪型，尾部弯曲型剪力墙应力反应柱内力反应楼层1区2区3区V（kN）V/fcAV（kN）V/fcAV（kN）V/fcA15260.0174780.0273560.02622810.0091350.0082800.02034500.0144460.02610930.07944100.0134460.0267980.05854470.0146050.0353720.035TH1波作用下柱最大剪力及剪压比柱等效应力楼板应力反应大震下位移反应4号楼抗震性能分析结论该结

7、构具有较好的抗震性能，中震作用下，结构基本处于弹性状态，大震作用下，有足够的抵御变形的能力，保证不倒塌。中震作用下，结构变形呈弯剪型，无位移薄弱层。剪力墙承担了85%的总剪力，说明剪力墙布置合理。结构左端剪力墙形成的筒体为薄弱区域，在中震作用下，局部达到屈服状态，应予以加强。柱剪压比能满足规范规定的小震下的限值，表明柱的抗剪承载力较高。轴压比均不大于0.7，应力分析表明，柱未见屈服。梁在圆弧端部和与连廊连接的部位出现明显的轴力，设计时应按偏压（拉）构件计算雷达天线塔考虑土-桩-上部结构共同工作自振特性研究某雷达天线塔，高9m，半径3

8、.2m,采用人工挖孔扩底灌注桩基，共8根桩，桩径1m，承台厚1.3m，位于较软弱的地基上。因工艺要求需要了解结构的自振频率有限元模型采用三维实体元，上部结构单元数32872，节点113921，地基、承台和桩单元数17865，节点数46