[发明专利]一种基于有限元仿真的混凝土坝模板安全施工分析方法

摘要

本发明公开了一种基于有限元仿真的混凝土坝模板安全施工分析方法。本发明通过有限元仿真模拟高大模板在混凝土浇筑碾压施工前及施工中不同受荷工况下模板的应力和形变发展规律，依据大模板设计图纸和技术参数，在ADINA有限元软件AUI几何建模中将原二维图纸转化为三维有限元模型，结合已有现场填筑施工实测的侧压力、变形参数以及模板边界约束条件参数设置，仿真模拟大模板在不同作业工况下，特别是最不利施工荷载、如快速填筑情况下的形变和应力预测分析，为大模板设计优化和安装改造以及施工工艺调整提供决策参数，确保模板设计与施工运用的安全经济性。

主权项

1.一种基于有限元仿真的混凝土坝模板安全施工分析方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立模型：根据大模板设计图纸尺寸几何与技术参数，在ADINA有限元软件中将二维图纸转化为三维有限元实体模型；第二步，定义材料属性：包括：钢模材质，屈服强度，泊松比，弹性模量，密度等，钢材采用理想线弹性模型；第三步，确定单元类型：模板的面板、边框、端框、横筋板、纵筋板和主梁桁架使用Shell单元模拟计算形变和应力指标；面板前平面外拉筋使用Truss单元简化分析，采用Truss单元模拟时只考虑轴力，忽略材料质量；第四步，划分单元网格：网格划分主要采用自由网格划分，模板在不同部位网格划分采取不同精度：面板、边框和端框划分网格间距取80‑100mm；横筋板、纵筋板和主梁桁架划分网格间距取30‑50mm；第五步，模拟边界条件：大模板加工采用两种连接方式—焊接和螺栓连接，体现在三维有限元模型中，使用约束来替代连接；钢接替代焊接即偏转和位移都固定，铰接替代螺栓连接即位移固定而偏转不固定；模板的两桁架之间是通过焊接在同一块焊板上连接，在模型上体现为顶角点对点的全约束；上下两块模板是使用可调节螺栓连接，在模型上体现为点对点的位移约束；模板端框间螺栓连接体现为面对面的位移约束；第六步，模拟荷载加载：为了模拟施工中变态混凝土荷载最不利情况，根据《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162‑2014)给出的新浇混凝土作用于模板的侧压力计算公式(1)(2)得出侧压力荷载；F＝γcH   (2)式中：F为新浇混凝土对模板的最大侧压力；γc为新浇混凝土的重力密度；t0为混凝土的初凝时间；H为混凝土侧压力计算位置至新浇筑混凝土顶面时的高度；β1为外加剂影响修正系数；β2为混凝土坍落度影响修正系数；V为混凝土的浇筑速度；所得的侧压力乘以安全系数1.2，以分层均部荷载方式加载于有限元模型；同时，模型整体添加重力荷载；第七步，有限元计算：对完成前处理的有限元模型运行求解，同时根据标准施工加载实际工况，实测模板应力应变规律，调整约束参数，验证仿真分析模型与实测结果一致性，进而提高有限元建模分析的准确可靠性：第八步，仿真后处理：生成各自工况下的大模板应力、应变、挠度和形变云图，计算大模板工作状态下的强度和刚度，确保任意工况下模板挠度和刚度满足《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162‑2014)规定。