| baoheli |
2012-04-26 10:41 |
澄清下市面上ansys的书籍计算隧道管片的错误
最近在做隧道圆环管片的内力变形计算，参考了一些ansys方面的书，谈谈我的认识。市面上几乎所有ansys地下结构方面的书在计算隧道管片荷载结构时至少犯了两个原则性错误。首先是在圆环上加各项荷载，所有的书采用施加等效节点集中力的方法，但梁单元每个节点有3个自由度，每个节点除了两个线位移，还有转角。因此，每个节点的等效荷载除了两个方向的集中力，还要施加弯矩，这个值一般不为0，不加是不对的。其实这种方法既麻烦，又容易出错，个人觉得比较简单的方法是直接在梁上施加分布荷载。这些荷载可以分解成切向和法向的分量，且可以推导出函数形式，在ansys中定义这样的函数就可以直接施加，等效节点力的计算留给ansys自行计算。需要验证做的对不对也很简单，随便找本隧道的书或规范，上面有均值自由圆环变形下各项荷载引起的内力计算公式，这个是由力法推导出来的解析解，是精确可靠的。采用ansys计算，如果计算正确，和那个结果是完全吻合的。我验证过了，两者误差不超过0.1%。其次是地层弹簧的模拟。所有的书上都是直接施加弹簧来模拟地基反力和抗力，弹簧和梁共用同一节点。这个也是不对的。弹簧节点没有转动自由度，共用梁单元节点会产生矛盾。照理这样的计算不会通过，弹簧会失效。但书的例子居然也能通过计算，弹簧会发挥作用。这是因为前面犯的第一个错，没有施加节点的等效弯矩反而避免了这个矛盾。也就是说，因为连犯两个错反而通过了计算。正确的做法应该是耦合节点处的线自由度。另外地基不能提供拉力，故弹簧不能受拉。这点书上倒是考虑到了，只不过要不断查看，删除拉伸的弹簧。这种方法很麻烦，而且严格来讲也不对，因为删除的拉伸的弹簧在新的计算中可能重新恢复成压缩弹簧。最方便的做法是用link10模拟单向压缩弹簧，计算一步到位。最后关于地层弹簧的刚度取值，书上基本上都回避这个问题，或者和地层抗力系数混淆。其实这个刚度和设置弹簧的数量有关，不是一个不变的属性，具体就是将地层抗力系数分摊到单位长度的每个弹簧上面。 |
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