[發明專利]基于ANSYS的新型裝配扶壁式擋土墻有限元計算方法

在審

• 申請號: 201610139953.5
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105696619A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 章宏生;沈振中;徐力群;周志杰;江婷;褚凱敏;田振宇;李強;劉沖;葉興成;劉益志
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02D29/02
• 分類號: E02D29/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種基于ANSYS的新型裝配扶壁式擋土墻有限元計算方法，屬 于有限元仿真技術領域。

背景技術

新型裝配扶壁式擋土墻符合建筑工業化的大趨勢，并可以實現綠色施工， 是一種具有廣泛應用前景的結構形式。

對預制裝配式混凝土結構的研究目前主要集中于框架結構、剪力墻結構。 但是對這種新型裝配扶壁式擋土墻結構的研究幾乎為空白，對如何設計、計算、 評價這種新型擋土墻結構的安全性沒有可靠的依據，嚴重制約了這種新型裝配 式擋土墻結構的應用推廣。

ANSYS軟件以基本Coulomb摩擦模型來控制接觸面之間的黏結(stick)和 滑動(slide)，兩接觸面在滑動之前可以承受剪應力到一定數值，并產生相應的 彈性滑移量，其在滑移開始時刻數學表達式：τ＝μp+COHE，式中：τ為接 觸面間等效剪應力；μ為界面靜摩擦系數；p為接觸部位的壓應力；COHE為 界面間抵抗滑動的凝聚力。當接觸面間的等效剪應力τ＜μp+COHE時，兩接 觸面間處于黏結狀態。同時程序默認最大的接觸摩擦應力(TAUMAX)，即當界 面間的等效剪應力達到此最大值時，則不論壓應力多大，滑動都會發生。程序 計算默認的接觸算法是增強的拉格朗日乘子法，即連續迭代罰函數法，其實質 是將接觸的兩表面通過一接觸“彈簧”建立關系。該彈簧的切向變形量Δ滿足 方程：τ＜K_TΔ，τ＜μp+COHE，式中：K_T為接觸面間的切向剛度(FKT)。 ANSYS軟件通過設定FKT與SLTO(最大允許彈性滑移距離，Δ≤SLTO)的 值來控制接觸面間切向的相互作用，二者之間的關系式： FKT≤MU×PRES/SLTO，其中MU為動摩擦系數；PRES為法向壓應力， MU與μ之間的關系由軟件提供的摩擦衰減模型確定。

為了能夠分析新型裝配扶壁式擋土墻結構的應力、位移分布情況，為其結 構設計、配筋方案提供依據，基于ANSYS的新型裝配扶壁式擋土墻的有限元計 算方法就成為需要解決的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于ANSYS的新型裝配扶壁式 擋土墻有限元計算方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

基于ANSYS的新型裝配扶壁式擋土墻有限元計算方法，包括以下步驟，

步驟1，構建新型裝配扶壁式擋土墻的結構模型；

步驟2，采用雙剪法確定預制板與二期澆筑混凝土接觸面摩擦系數；

步驟3，在ANSYS中建立新型裝配扶壁式擋土墻的仿真模型；

步驟4，通過APDL語言編程施加約束與荷載；

步驟5，進行新型裝配扶壁式擋土墻靜力及瞬態分析，求解結果，并進行后 處理。

雙剪法試件由3塊相同尺寸的混凝土試塊從上往下依次堆疊組成，中間一 塊為二期澆筑混凝土試塊，上下兩塊為預制塊，在測試時，2塊預制塊的位置及 豎向壓力N不變，頂推二期澆筑混凝土試塊至接觸面滑動，由頂推力峰值F及 豎向壓力N可得二期澆筑混凝土試塊與接觸面靜摩擦系數μ。

步驟2采用整體式建模方式，即將鋼筋連續均勻分布于整個建模單元中， 并把建模單元視為連續均勻材料，鋼筋對整個結構的貢獻，通過剛度矩陣EI等 效原則提高材料的彈性模量來實現。

所述建模單元為ANSYS中的SOLID65單元。

新型裝配扶壁式擋土墻模型考慮受拉開裂，受壓結構關系采用不帶下降段 的多折線隨動強化模型來定義，混凝土破壞準則通過命令TB，CONCR和命令 TBDATA輸入。

接觸面采用柔體-柔體接觸，接觸方式采用面-面接觸，借助于ANSYS內嵌 的三維接觸面單元TARGE170和CONTA173形成接觸對來模擬。

三維接觸面單元在計算時，令CONTA173的KEYOPT(9)＝0，KEYOPT (12)＝2，KEYOPT(10)＝1，其余的關鍵字和實常數都采用ANSYS程序本身默 認的設置。

新型裝配扶壁式擋土墻底板邊界為固定約束，仿真模型兩側邊界為縱向約 束。

施加荷載的過程如下，

A1)選中所要施加壓力的表面，覆蓋一層表面效應單元SURF63單元；

A2)生成的shell63單元；