岩土工程数值方法-第05章-本科生.ppt
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1、岩土工程数值方法岩土工程数值方法 贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程贵州大学土木建筑工程学院贵州大学土木建筑工程学院2008年年贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法第5章 有限元分析实例 5.1 钢筋混凝土构件应用算例5.2 岩土工程开挖卸荷算例5.3 岩土与结构物共同作用5.4岩土工程动态施工的模拟贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例、混凝土本构模型、混凝土破坏准则、混凝土力学模型、钢筋的力学模型、钢筋混凝土的有限元模型、实例 贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混
2、凝土本构模型线弹性模型 5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混凝土本构模型非线性弹性模型 5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混凝土的破坏准则规范中的破坏准则单轴破坏5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混凝土的破坏准则规范中的破坏准则双轴破坏5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混凝土的破坏准则规范中的破坏准则三轴受压破坏5.1 钢筋混凝土构件应用算例
3、贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混凝土的破坏准则Willam-Warnke破坏准则5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法混凝土的力学模型5.1 钢筋混凝土构件应用算例一维梁、柱模型 二维板、壳模型 三维实体模型 贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法隧洞开挖的锚固支护实体单元杆单元钢筋的力学模型5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法钢筋混凝土梁实体单元杆单元钢筋的力学模型5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本
4、科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法F,钢筋的力学模型5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法钢筋的有限元模型oij5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法oij5.1 钢筋混凝土构件应用算例钢筋的有限元模型贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例钢筋的有限元模型贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法钢筋混凝土的有限元模型整体式模型 可以将布筋位置一定厚度内的混凝土体视为
5、正交各向异性复合体来反映钢筋的作用,将钢筋与混凝土作为一个整体建立计算模型。钢筋混凝土复合体的刚度矩阵由两部分组成:D=Dc+Ds 5.1 钢筋混凝土构件应用算例贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例其中,Es为钢筋的弹性模量,、分别为复合体内沿x、y、z方向的配筋率。钢筋混凝土的有限元模型整体式模型 贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例钢筋混凝土的有限元模型分离式模型 混凝土采用实体单元建模,钢筋采用杆单元,两种单元在公共节点处位移协调,通过公共节点相互作用。实体单元杆单
6、元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例实例 钢筋混凝土梁的受力分析一钢筋混凝土梁,梁高300mm,宽150mm,长2700mm,两端固支。混凝土变形模量24GPa,泊松比0.2,单轴抗拉强度2MPa,单轴抗压强度20MPa。梁上下部均配有的钢筋,箍筋,梁顶作用有均布荷载q,采用有限元分析计算梁的承载能力。qq贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例选择单元对混凝土,采用solid65单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件
7、应用算例选择单元对钢筋,可采用各各杆单元,本例采用PIPE20单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例建立有限元模型生成钢筋单元qq贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例建立有限元模型生成钢筋单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例建立有限元模型生成钢筋单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例建立有限元模型生成钢筋单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课
8、程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例计算求解施加约束贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例计算求解施加荷载贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例计算求解均布荷载0.16MPa,分8个荷载步施加,每步0.02MPa贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例结果观察q=0.08MPa贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例结果观察q=0.1
9、4MPa贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例结果观察q=0.16MPa贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例结果观察梁的轴向应力贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例结果观察梁的挠度贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.1 钢筋混凝土构件应用算例结果观察钢筋的屈服区贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷n 任间时刻体系的平衡n 开挖
10、不平衡力n 开挖体系的计算n 开挖计算的过程及ANSYS实现方法贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷等倾线123贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法任间时刻体系的平衡5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法任间时刻体系的平衡5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷对单元e,任一时刻的节点节点力和单元应力为:如果内力 与外力 平衡,根据虚功原理:贵州大学本科生课程贵州
11、大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法任间时刻体系的平衡5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷单元e的内外力平衡关系为:对整个有限元体系,内外力平衡关系为:式中Ne为体系中单元的数量单元e的节点的组成:贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖对体系的作用5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷 体系平衡方程中的单元数Ne随开挖而变化,使体系失去平衡后将进行应力的调整达到新的平衡。贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖不平衡力5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷式中Ner为开挖剩余的单元体系的开挖不平衡力:贵州大学本科生课程贵州
12、大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖释放荷载5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷 开挖卸除了被开挖部分对剩余部分的作用力,使体系失去平衡。式中Neu为开挖卸除的全部单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖不平衡力和开挖释放荷载的比较5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖不平衡力开挖释放荷载贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖有限元和节点的处理直接删除5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖有限元和节点的处
13、理赋予小值、空单元的力学参数赋以极小值(或赋为0)、对删除的节点施以固定约束、解除空单元所受荷载及单元应力 贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖有限元和节点的处理赋予小值开挖剩余的材料区域被开挖区域eaebijmn贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程n建立有限元分析模型n应力初始化及位移初始化n卸除开挖单元及节点n计算体系不平衡力n求解位移增量,就力增量n进行下一开挖步计算贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方
14、法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程建立有限元分析模型物理模型801020模型范围边界条件贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程建立有限元分析模型有限元模型贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程应力初始化以自重应力为主的情况贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程卸除开挖单元贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩
15、土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程求解贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷开挖模拟的基本过程进行下一步开挖至结束贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法n初始应力场n初始位移n单元生死5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法初始应力场n自重应力及其它荷载产生的应力对未开挖的体系施加重力及其它荷载进行有限元计算,求解出来的单元应力即为自重应力场。5.岩土
16、工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷n构造应力采用荷载文件直接定义单元的初始应力贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法初始位移清零5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法初始位移清零写初始应力文件来位移清零 5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法初始位移清零采用位移增量来计算开挖以后的位移 5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工
17、程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法初始位移清零在初始应力场计算时采用很大的变形模量 5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法开挖计算ANSYS实现方法单元生死参与计算的有限元体系不变,但对开挖的单元刚度赋予小,将这些单元应力清零来消除其影响,实现开挖模拟。5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷贵州大学本科生课程贵州大学本科生课程岩土工程数值方法岩土工程数值方法算例5.岩土工程开挖卸荷岩土工程开挖卸荷801020基坑开挖,粘性土,重度20KN/m,粘聚力20KPa,内摩擦角12度,深度和开挖步见图贵州大学本科生课程贵
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