预制混凝土模板内力分析的有限单元法计算

敬 晨

(黑龙江省三江工程建设管理局，哈尔滨150081)

1 ANSYS 软件的功能

ANSYS 包括以下主要功能模块:

1)结构分析，包括静力分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、特征屈曲分析、专项分析等类型。

2)热分析，包括相变、内热源、热传导、热对流、热辐射等类型。

3)电磁分析，包括静磁场分析、交变磁场分析、瞬态磁场分析、电场分析、高频电磁场分析等类型。

4)流体分析，包括耦合流体动力、声学分析、容器内流体分析、流体动力学耦合分析等类型。

5)耦合场分析，主要考虑2 个或多个物理场之间的相互关系。

2 ANSYS 分析过程

1)选择单元类型。单元选择是否合适，对于有限元模型的计算结果有较大影响，同一个模型可以运用不同的单元进行求解。

2)定义材料参数。单位类型不一致，则参数有所不同。

3)建立几何模型。ANSYS 软件在建模时可以选择将CAD 文件转化成其他形式的文件直接导入，也可以手动在软件中直接建模。需要注意的是，ANSYS 软件比CAD 的精度高，直接导入的文件可能在划分网格时出现错误。

4)划分网格。划分网格时可以根据模型的具体尺寸大小，决定网格的稀疏程度。通常网格越密集，计算结果越精确，相应的计算时间越长。

5)定义边界条件。计算结果是否符合实际情况，与所定义的边界条件密不可分。

6)加载求解。

7)后处理。后处理中可以提取各个单元的数据分析结果，也可以提取如轴力图、剪力图及弯矩图等图片。

3 计算基本假定

1)材料的物理力学参数按设计标准值选取。

2)混凝土、钢结构材料均假设为各向同性线弹性材料［1］。

4 计算建模

计算模型选取某工程预制混凝土模板安装时的受力情况进行分析，采用梁单元beam188 对预制混凝土模板进行建模，截面选择倒T 型截面，输入材料参数，倒T 型截面的尺寸，几何模型为120°圆弧拱结构，根据设计图纸的实际尺寸建模并划分网格，共划分为90 个单元，从左至右单元编号为1－90 号。两侧简化为固定端，在X、Y、Z 三个方向施加约束。

5 计算工况及施加荷载

5.1 计算工况

预制混凝土模板安装就位，移动样架移走，模板承受自重荷载，同时承受人员与机械设备的均布荷载。

5.2 施加荷载

1)预制混凝土模板自重标准值:模板为120°圆弧，单位长度水平投影上各部分自重不同。将预制混凝土模板分为等长度的数段(40 段)，取用各段内的平均值作为分段自重值。混凝土及钢筋重量，两者综合后按γ=25 kN/m3，分项系数取1.2。

2)施工人员和机械设备的重力标准值:取均布荷载2.5 kN/m2，分项系数取1.4。

6 计算结果

在ANSYS 软件中经过加载、求解，最终提取出1－90 号每个单元的轴力、剪力及弯矩值。结构为对称结构，仅列出部分单元的轴力、剪力及弯矩计算值，为清晰直观反应轴力大小分布情况，提取出整个结构的轴力分布图。1－45 号单元内力值见表1 及表2。

表1 1－9 号单元轴力、剪力及弯矩值

7 结 论

根据对计算结果的分析，可以得出以下结论:

1)轴力最大值为593.38 kN，最小值为355.04 kN，轴力最大值发生在模板两端，最小值在模板跨中。

2)剪力最大值为69.64 kN，最小值为－69.64 kN，最大值发生在模板左端，最小值发生在模板右端。

3)弯矩最大值为201.5 kN，最小值为－173.04 kN，最小值发生在跨中，最大值发生模板两端附近。

表2 10－45 号单元轴力、剪力及弯矩值

［1］王瑁成.有限单元法［M］.北京:清华大学出版社，2007:21－24.