趙夢巖，李曉辰

（中水北方勘測設計研究有限公司，天津300222）

雁形板三維有限元結構分析

趙夢巖，李曉辰

（中水北方勘測設計研究有限公司，天津300222）

通過MIDAS結構力學軟件，以MIDAS在某工程中的實際應用，對廠房雁形板進行三維有限元結構分析。該軟件能夠直觀準確地反映出廠房雁形板在各種工況下的應力應變情況，為優(yōu)化廠房雁形板結構設計和配筋提供可靠的依據(jù)。

MIDAS；三維有限元；雁形板；結構

1 計算條件

某工程廠房雁形板采用預應力鋼筋混凝土結構，現(xiàn)用MIDAS三維有限元計算軟件對雁形板運行期和施工期的應力應變狀態(tài)進行分析。

雁形板混凝土強度等級C45，預應力鋼絲直徑5mm。鋼絲在雁形板底面梁布置56根，在雁形板兩翼各布置7根，跨度23.25m。

本次計算C45混凝土容重取25kN/m3，重力加速度g=9.78m/s2，外加永久屋面荷載1.2kN/m2，屋面荷載0.5kN/m2。計算分為運行工況和施工工況，考慮到計算的重要性，計算增加了對軟件自動考慮預應力損失和不自動考慮預應力損失的兩種計算工況。

2 計算過程

2.1 模型建立

采用MIDAS軟件進行計算。選取單塊雁形板，垂直方向承受自重荷載和外加永久荷載計算，并建立三維模型，進行網(wǎng)格劃分，如圖1。

圖1 雁形板三維模型

2.2 添加約束及荷載

將雁形板與梁接觸部分一端定義為鉸接，另一端定義為滑動支座。添加荷載包括雁形板自重、永久荷載及屋面荷載和預應力荷載。

預應力荷載添加方式為將預應力計算等效為在雁形板左右兩端添加的張拉壓力，所配鋼絲抗拉強度1860MPa，底面梁配置根數(shù)56根，等效鋼筋截面面積1099mm2，長度28.8m；兩翼各配置7根，等效鋼筋截面面積137.37mm2，長度6m。張拉控制應力取0.7fptk，超張3%，經(jīng)計算，得出張拉控制應力1302N/mm2。

2.3 預應力損失分析

（1）若程序自動考慮預應力損失，在雁形板模型中施加預應力時，直接對預應力筋施加應力1302N/mm2。

（2）若程序沒有自動考慮預應力損失，在雁形板模型中施加預應力時，應扣除預應力損失，損失按GB50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》計算，取預應力損失267.6N/mm2。得出預應力筋有效應力：

σpc=σcom-σl=1302-267.6=1034.4 N/mm2

以程序不自動考慮預應力為例，底部預應力1136kN，在梁的對稱中心線上，距離大梁端部斷面底面高150mm處位置，方向水平，垂直于雁形板橫斷面，如圖2；兩翼施加預應力142kN，在兩翼區(qū)域的中心點上，方向水平，垂直于雁形板橫斷面，長度6m，如圖3。

圖2 底部預應力

圖3 兩翼預應力

2.4 計算工況

將邊界條件（約束）和荷載激活，求解類型定義為線性靜力，分4種工況進行計算，計算工況如表1。

表1 計算工況

3 計算結果與分析

通過各種工況的分析計算，得出雁形板在各種工況下的計算結果。

3.1 雁形板位移

通過計算，可得出各種工況下雁形板的位移變形圖。以工況1為例，將所有荷載施加后，雁形板的各部位變形均能反應出來。現(xiàn)選取具有代表性的雁形板總位移、兩翼變形及梁底變形圖進行展示，具體變形情況如圖4。

圖4 總位移

總位移圖中的虛線部分為原始圖形，實心部分為加荷載之后的位移效果，線上圖的曲線為兩翼端部和底梁的變形值，經(jīng)計算，最大變形處在梁跨中部分的兩翼位置，變形8.76mm，小于l0/400=60mm的撓度限值。

3.2 雁形板表面應力

通過計算，得出雁形板在各種工況下的表面應力。以工況1為例，將所有荷載施加后，X，Y，Z 3個方向上的應力值均顯示出來，其中拉力為正值，壓力為負值。具體數(shù)值如圖5。

圖5 應力云圖

3.3 計算結果

其他工況計算方法與工況1相同，在此不再累述，現(xiàn)僅將雁形板在不同工況下的上、下表面的應力計算結果進行統(tǒng)計，如表2～表3。

表2 雁形板上表面應力計算結果

表3 雁形板下表面應力計算結果

4 結語

結果可知，在混凝土等級為C45，張拉控制應力0.7fptk時，雁形板在X，Y，Z軸方向應力大部分為壓應力，局部位置有拉應力；且壓應力均小于混凝土允許抗壓強度21.1MPa，拉應力均小于混凝土允許抗拉強度1.8MPa，滿足抗裂要求。

通過運用MIDAS三維有限元進行廠房雁形板的結構計算，分析了雁形板運行期和施工期的應力應變狀態(tài)，進一步增強廠房雁形板結構計算的可視性和安全度，此種廠房雁形板三維有限元結構分析法值得進一步推廣應用。

［1］GB50009—2012，建筑結構荷載規(guī)范［S］.

［2］SL191—2008，水工混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［3］SL266—2014，水電站廠房設計規(guī)范［S］.

［4］張麗.水電站［M］.鄭州：黃河水利出版社，2009.

［5］中水北方勘測設計研究有限責任公司.雁形板三維有限元結構分析［R］.2015.

（責任編輯：姜彤宇）

3D finite element structural analysis of bird-shape plate

ZHAO Meng-yan，LI Xiao-chen
（Beifang Investigation，Design&Research CO.LTD，Tianjin 300222，China）

This paper takes the application of MIDAS in a certain project as an example，analysis of 3D finite element structure of bird-shape plate.The stress-strain of bird-shape plate with different condition is reflected accurately by the software，it provides a reference for the optimization of bird-shape plate structure design and reinforcement.

MIDAS；3D finite element；bird-shape plate；structure

TV222

：B

：1672-9900（2017）02-0080-03

2017-03-07

趙夢巖（1989-），男（漢族），天津人，助理工程師，主要從事水工設計工作，（Tel）13920649001。