工程分析的一般步骤.doc

工程分析的一般步骤结构的工程分析主要关注工程的安全性和经济性安全性的评价主要有应力和稳定两个方面，而经济性主要是一个优化过程，即在满足安全的前提下使工程量最省应力和稳定分析的方法一般可采用有限元方法、块体元方法、离散元方法等一般步骤包括前处理、计算和后处理三个步骤前处理是形成分析的模型网格，包括结构的主要体型绘制，然后再离散为适应分析方法的网格；计算部分则是确定分析类型，给模型施加恰当的荷载，求解得到加荷后的结构位移和各部分的应力；后处理部分是整理分析成果，根据位移和应力情况判断荷载施加是否正确，结构的危险部位在什么地方，评价安全是否满足规范的要求等这三个步骤可能需要循环往复，即在分析结果出来之后，如果有不满足安全的地方，则需要重新修改结构体型，重新离散结构网格，加载计算后再评价计算结果在满足工程安全的前提下，还希望节省工程量，提高经济性这需要改变结构的体型和运用条件等，进行多次重分析，达到优化的目的优化的过程如果能自动化，则较易达到理论上的最优值；如果需要很多手工操作，则考虑到分析代价，一般达到较为满意的程度就可以了有限元计算主要步骤有限元方法主要关注坝体部分，特别是结构缝（诱导缝和周边短缝）的位移和应力，坝体孔口周边的应力情况。

地基部分进行适当的简化，只需模拟影响坝体位移的主要结构面和地形变化一、 网格离散（约1/3工作量）（1） 基础有限元网格1） 不同岩石的分层模拟2） 地形总体变化的模拟3） 主要结构面的模拟可以先形成主要控制面的网格，模拟主要断层线、风化线、地层分界，地面线等，通过直代曲，增删控制点的手段，按上下对应关系连成大的单元，最后编译出来，得到系统的几何模型接下来，可以导入到ANSYS，对单元按要求的密度进行细分，就能得到计算所需的有限元网格2） 坝体有限元网格1） 坝体曲面的模拟2） 结构缝和孔口的模拟二、 程序计算（约1/3工作量）（1） 参数确定1）岩层变形和强度参数2）结构面变形荷强度参数（2） 荷载确定1） 自重荷载2） 温度荷载3） 水压力4） 泥沙压力（3） 进行计算三、 成果整理（约1/6工作量）1） 模型视图和主要结构面分布图2） 参数表和主要荷载及主要计算步骤的说明3） 主要高程面的位移图（迭加块体系统部分和拱坝部分）4） 拱梁系统的应力图，包括上下游面的主应力矢量图，拱冠梁的应力图（可以用等值线图表示）5） 主要高程的屈服区图以及安全系数等值线图四、 分析结论（约1/6工作量）1） 控制部位的位移分析（拱坝和重力墩及边坡重要部位）。

2） 控制部位的应力分析（拱坝的应力分布情况，最大和最小主应力等）3） 各部位的应力安全系数是否满足要求4） 结构整体的应力安全性如何，是否有可以进一步优化的地方块体元计算主要步骤块体元方法主要关注坝肩的稳定情况及破坏模式，不模拟坝体的结构缝，但是根据计算结果评价坝体结构缝设置的合理性五、 网格离散（约1/3工作量）（1） 基础块体元系统1） 地面的模拟：地面离散点——地形模拟曲面——模拟范围内的平面三角形网——地面三角形网——进行局部调整局部调整的一个方法是，将初步的三角形网与设计的CAD图形进行对照，将高程调整，并在适当的部位加密三角形网格；将调整后的三角形网导入SUPER SAP的SD2，复制一层，编译出实体单元（注意：先把网格投影到平面内，才能保证SAP能成功编译，再用对应的方法将高程坐标补充上去），然后挑出其中的三角形网部分（只保留3个点），反复检查调整直至网格的正确连接开挖部分与开挖范围外的网格连接起来，最后编译得到模拟更准确的地形面也可采用程序TRIMESH，编译任意的三角形网格，包括倒悬，闭合的情况通过输出文件中的边界线进行检查，如果边界是完整闭合的，则三角形网连接正确，如果出现孤立的区域，则连接有问题，返回修改重新编译。

2） 主要结构面的确定：倾向，倾角，出露点、尖灭信息等 根据控制面的CAD图来检查取值是否合适3） 节理面的确定：倾向，倾角，间距 根据要求的系统网格规模确定合适的节理间距4） 最后形成基础块体元系统：规模适中，能够反映主要的变形和可能滑动面特征2） 坝体拱梁元系统：根据拱圈形式用程序ARCHMESH自动离散3） 两者的耦合：拱梁元能够落在基础的块体单元上 在做网格的时候，将拱坝的基础面隐含在块体系统里面，然后寻找出拱梁元的定义点是否落在块体上，在哪个块体上及对应的形心坐标六、 程序计算（约1/3工作量）（1） 参数确定1）节理和层面的变形和强度参数2）主要结构面的变形和强度参数法向刚度和切向刚度根据模拟材料的刚度和节理的间距进行换算2） 荷载确定1） 自重荷载2） 水压力3） 泥沙压力4） 温度荷载5） 渗流荷载6） 地应力等，根据情况进行荷载取舍水压力和泥沙压力施加时，要挑选出荷载所作用的块体系统的表面结点，然后施加各结点的水头值3） 进行计算步骤是：1） 将识别出的块体系统通过IOGBST转换为块体应力计算程序BSTRS所需的格式，添加各结构面的各项参数，先计算无拱坝时的自重应力，作为下一步计算的初应力。

2） 根据块体系统和拱坝部分的网格信息，寻找拱坝的基础拱梁元所连接的块体单元，形成两者的耦合关系，生成文件BLOCK.COP，为下一步拱坝的刚度和荷载转换作准备3） 对拱坝部分的网格文件增加材料和荷载参数，用拱梁分载法程序ARCH计算得到拱坝的刚度矩阵和荷载，通过拱坝和块体系统的耦合信息将刚度和荷载进行转换，输出后准备为块体应力计算程序耦合分析使用4） 用块体应力计算程序同时考虑块体系统和拱坝的刚度和荷载进行耦合分析，需要的文件有拱梁系统文件SHAPE.DAT，耦合信息文件BLOCK.COP，拱坝的刚度及荷载转换后的文件STIFF.OUT，得到整个系统的位移和应力情况其中坝体部分的位移输出后，再运行拱坝应力程序ARCH，读入外部位移后再计算坝体部分的应力5） 拟定块体组合针对坝肩稳定的关心区域，指定滑动块体组合的边界结构面，利用块体组合程序BUNI搜寻出一些比较危险的块体组合，针对这些块体组合计算它们的稳定安全系数6） 用块体应力计算程序BSTRS计算指定块体组合的超载安全系数或降强度安全系数，需要用试算的方法确定，搜索到某个块体组合临界稳定时的安全系数取一个较大的迭代步数，认为达到该步数没有破坏就是稳定的，而没有达到该步数就破坏就是发生失稳。

7） 一般先算岩体边坡的自重稳定应力，再考虑拱坝及重力墩完建后的自重荷载，变形稳定后，最后才考虑水库蓄水后的水压力、泥沙压力、温度荷载、渗流改变等七、 成果整理（约1/6工作量）1） 模型视图和主要结构面分布图2） 参数表和主要荷载及主要计算步骤的说明3） 主要高程面的位移图（迭加块体系统部分和拱坝部分）4） 拱梁系统的应力图，包括上下游面的主应力矢量图，拱冠梁的应力图（可以用等值线图表示）5） 滑动块体组合的描述和安全系数表6） 滑动块体组合的平面位置图7） 滑动块体组合的空间位置图八、 分析结论（约1/6工作量）1） 控制部位的位移分析（拱坝和重力墩及边坡重要部位）2） 控制部位的应力分析（拱坝的应力分布情况，最大和最小主应力等）3） 滑动块体组合的破坏模式，及对应的滑动安全系数是否满足要求4） 拱坝抗力体和岩体边坡的整体稳定如何，是否需要采取加固措施。