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ANSYS原理是有限單元法思想，即把計(jì)算域離散剖分為有限個(gè)互不重疊且相互連接的單元，在每個(gè)單元內(nèi)選擇基函數(shù)，用單元基函數(shù)的線形組合來逼近單元中的真解，整個(gè)計(jì)算域上總體的基函數(shù)可以看作由每個(gè)單元基函數(shù)組成的，則整個(gè)計(jì)算域內(nèi)的解可以看作是由所有單元上的近似解構(gòu)成。
雖然有限元分析法在力學(xué)模型上是近似解，但是在數(shù)學(xué)求解上非常嚴(yán)格。與傳統(tǒng)方法相比，這種方法計(jì)算能力非常強(qiáng)大，能夠應(yīng)用于很多大中型水利工程，故本文應(yīng)用ANSYS軟件，以有限單元法的思想解決水利工程中的實(shí)際問題。
1) 混凝土、鋼結(jié)構(gòu)材料均假設(shè)為各向同性線彈性材料。2)材料的物理力學(xué)參數(shù)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值選取。3)計(jì)算基本資料3.1工程概況某水電站升船機(jī)渡槽段壩后安裝頂板為拱形，采用預(yù)制混凝土模板方案，預(yù)制混凝土模板為120°全拱，下部設(shè)牛腿。封拱時(shí)需要逐層澆筑混凝土，受力情況非常復(fù)雜。本文主要運(yùn)用有限單元法思想，結(jié)合ANSYS軟件分析預(yù)制混凝土模板放入，左右同時(shí)澆筑一層混凝土?xí)r，整個(gè)結(jié)構(gòu)的位移。澆筑混凝土?xí)r，模型需要承受自身的重力、新澆筑混凝土的重力、鋼筋的重力以及二者對(duì)預(yù)制混凝土模板的側(cè)壓力。①混凝土標(biāo)號(hào)：C30；②重度：25kN/m3；③泊松比：1/6；④混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：1.43MPa；⑤混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：14.3MPa。彈性模量取值見表。3.2.2基本靜荷載作用①預(yù)制混凝土模板結(jié)構(gòu)自重；②新澆筑混凝土及鋼筋自重；③新澆筑混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力。3.3荷載分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行靜力計(jì)算，計(jì)算內(nèi)力、應(yīng)力時(shí)宜采用設(shè)計(jì)值，即標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)；計(jì)算位移時(shí)宜采用標(biāo)準(zhǔn)值。本次計(jì)算中荷載分項(xiàng)系數(shù)均為1.05。4計(jì)算模型計(jì)算模型的總體坐標(biāo)系取X軸為水平上下游方向，指向下游為正；Y軸為豎向，向上為正；Z軸為水平左右兩側(cè)方向，指向右岸為正(面向下游，右手邊為右側(cè))，坐標(biāo)原點(diǎn)在牛腿處。
計(jì)算模型長度方向約為50m，寬度方向?yàn)?0m。為了更為真實(shí)地模擬施工過程，按實(shí)際尺寸和形狀建立全三維有限元模型。本研究選取三維實(shí)體單元solid45建立模型，其中單單元最少模型共劃分單元66838個(gè)，結(jié)點(diǎn)87188個(gè)。網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量經(jīng)過分析，足夠精細(xì)，保證了計(jì)算結(jié)果的可靠性。網(wǎng)格繼續(xù)加密，導(dǎo)致單元個(gè)數(shù)增多，但對(duì)位移結(jié)果影響很小，而計(jì)算時(shí)間延長。混凝土結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格剖分見圖。
網(wǎng)格劃分之后根據(jù)邊界條件施加荷載、求解。所提取的位移結(jié)果包括：1)總位移。2)X方向位移：X方向?yàn)樗缴舷掠畏较颍赶蛳掠螢檎赶蛏嫌螢樨?fù)。3)Y方向位移：Y方向?yàn)樨Q向，向上為正，向下為負(fù)。4)Z方向位移：Z方向?yàn)樗阶笥覂蓚?cè)方向，指向右岸為正(面向下游，右手邊為右側(cè))。經(jīng)過計(jì)算，可以提取出各個(gè)單元的總位移、X方向位移、Y方向位移以及Z方向位移，但考慮到單元過多，僅提取出各個(gè)位移的最大及最小值。所提取的位移計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果見表2，為了更加清晰、直觀，提取出總位移分布云圖。圖中標(biāo)示出總位移較大處和位移較小處。位移計(jì)算結(jié)果總位移/mmX方向/mmY方向/mmZ方向/mm最大2.0740.49100.092最小0－0.361－2.073－0.092，總位移分布圖。
根據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，可以得出以下結(jié)論：1)經(jīng)過軟件分析計(jì)算，可以得到各個(gè)單元的總位移、X方向位移、Y方向位移及Z方向位移。整體結(jié)構(gòu)總位移最大值為2.074mm，發(fā)生在跨中；總位移最小值為0mm，發(fā)生在支座及牛腿附近。2)由于ANSYS軟件本身的特點(diǎn)，有限元計(jì)算過程中，角緣處容易出現(xiàn)應(yīng)力奇異及應(yīng)力集中現(xiàn)象，局部應(yīng)力可能偏大，在配筋設(shè)計(jì)中需要注意。
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