基于ANSYS二次开发的高填方拱涵的受力性状分析

摘要

现行的《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》关于高填方涵洞计算存在不足,在高填方涵洞的设计中,考虑影响土压力各种因素的情况下,如何利用现有的计算理论对高填方涵洞进行方便快捷的受力分析是一个十分重要的课题。
　　 本文基于ANSYS12.0平台的二次开发功能进行高填方拱涵受力分析模块程序的开发。利用UIDL进行用户界面设计,开发可视化的对话框,实现参数的输入;利用APDL实现参数的修改和功能模块的嵌入,使开发的模块成为ANSYS的一部分。二次开发后进行高填方拱涵的受力分析可以避免许多重复的过程,在对话框输入不同的计算参数,选择实际需要计算的结构模型,即可完成分析功能。本文利用二次开发生成的模块程序对已发生病害的某高速公路拱涵进行了计算,分析了其开裂原因。并对影响涵洞受力的一些因素进行了计算,分析其作用规律及影响程度,得出以下结论:
　　 1、沟谷宽度和沟谷坡度都是决定涵洞受力的重要参数,沟谷宽度越小,坡度越大,即沟谷越狭窄,对减小涵洞受力的作用越突出。
　　 2、地基处理的宽度和深度对拱顶土压力有较大的影响,地基处理宽度宜超出基础边缘一定长度,拱顶垂直土压力随着处理地基深度的增大而增大。
　　 3、回填土泊松比对拱圈受力影响较大,通常情况下,设计时最好选用泊松较小的回填土。回填土弹性模量对拱圈受力几乎没有影响。
　　 4、基础刚度对拱涵基础板上缘拉应力影响较大,弹模增大,基础板上缘拉应力会相应的减小。
　　 5、微小的结构拱脚变位能使主拱圈产生较大的附加应力,随着拱脚变位的增大,拱顶下缘应力逐渐增大,尤以拱脚水平变位引起的拱顶应力变化最为明显。
　　 6、拱涵的拱圈厚度和涵台台身厚度对拱圈的受力状态影响很大,当拱圈和涵台台身尺寸达到一定值后,拱圈将全截面受压,而此时,拱圈内的压应力值还远远小于混凝土的抗压强度设计值,这种应力状态对于混凝土结构是非常有利的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.1.1 高填方涵洞

1.1.2 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 涵洞土压力研究现状

1.2.2 ANSYS的二次开发研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 高填路堤下涵洞的荷载特征

2.1 沟谷中埋设涵洞的特点

2.2 涵洞垂直土压力的计算方法

2.2.1 几种常用的算法

2.2.2 本文采用的算法

2.3 分层填筑体变形规律

2.4 涵洞结构的内力计算

2.5 小结

第三章 基于APDL和UIDL的拱涵分析模块的设计

3.1 ANSYS二次开发概述

3.2 参数化程序设计(APDL)

3.2.1 材料模型

3.2.2 计算模型

3.2.3 程序流程图

3.2.4 程序变量说明

3.3 用户界面设计(UIDL)

3.3.1 自定义菜单的设计

3.3.2 自定义对话框的设计

3.4 小结

第四章 高填方拱涵受力性状分析

4.1 算例概述

4.2 拱顶垂直土压力性状分析

4.2.1 不同填土高度下拱顶垂直土压力性状

4.2.2 沟谷宽度B、边坡坡度α对拱项受力影响

4.2.3 地基土的刚度对拱项受力影响

4.3 拱涵结构受力性状分析

4.3.1 不同填土高度下拱涵环向应力分布

4.3.2 弹模与泊松比对拱涵结构受力的影响

4.3.3 基础刚度对拱涵结构受力的影响

4.3.4 拱脚位移对拱涵结构受力的影响

4.4 弧形拱涵的结构优化

4.4.1 拱涵设计方案

4.4.2 结果分析

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录