大壩工程的案例
【精彩回顧】國(guó)產(chǎn)可控?cái)?shù)值仿真賦能大壩安全智能運(yùn)維，遠(yuǎn)算參加中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)
2023年4月27日-28日，遠(yuǎn)算參加了由中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)主辦的2023學(xué)術(shù)年會(huì)，中國(guó)科學(xué)院陳祖煜院士、中國(guó)工程院王超院士、鈕新強(qiáng)院士等知名學(xué)者出席了本次會(huì)議，遠(yuǎn)算CAE專家兼高級(jí)副總裁閔皆昇閔博士受邀作《基于結(jié)構(gòu)有限元仿真的數(shù)字孿生技術(shù)助力大壩安全智能運(yùn)維》的主題報(bào)告。
閔博士在會(huì)議上先介紹了遠(yuǎn)算大壩健康管理數(shù)字孿生平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)融合國(guó)產(chǎn)可控結(jié)構(gòu)有限元仿真模型，數(shù)據(jù)分析模型和監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)，搭建大壩狀態(tài)在線監(jiān)控和安全評(píng)估系統(tǒng)，借助高性能并行計(jì)算技術(shù)快速獲取大壩安全關(guān)鍵參數(shù)，并依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，全維度評(píng)估大壩健康狀態(tài)，利用三維可視化渲染技術(shù)，形成時(shí)間上由過(guò)去到未來(lái)、空間上由點(diǎn)及面的風(fēng)險(xiǎn)全要素信息一張圖，實(shí)現(xiàn)工程安全智能化運(yùn)維。
閔博士也介紹了遠(yuǎn)算大壩結(jié)構(gòu)有限元仿真組件的整體功能架構(gòu)和分析流程，即通過(guò)精確幾何網(wǎng)格建模和材料模型參數(shù)數(shù)據(jù)同化建立大壩孿生體，對(duì)混凝土拱壩、重力壩的位移、揚(yáng)壓力、應(yīng)力和地震響應(yīng)，以及土石壩和堆石壩的邊坡穩(wěn)定、滲流穩(wěn)定和抗震穩(wěn)定等重要安全評(píng)估指標(biāo)實(shí)現(xiàn)仿真預(yù)測(cè)預(yù)演。
閔博士對(duì)仿真組件中數(shù)據(jù)同化模型、非飽和-非穩(wěn)定滲流仿真模型、有限元強(qiáng)度折減法邊坡穩(wěn)定分析模型、基于網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)的剛體極限平衡法邊坡穩(wěn)定分析模型和大壩抗震動(dòng)力學(xué)分析模型也進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
參會(huì)嘉賓對(duì)閔博士的報(bào)告內(nèi)容表現(xiàn)出強(qiáng)烈興趣，并在會(huì)后與遠(yuǎn)算進(jìn)行了深入探討。
一直以來(lái)，遠(yuǎn)算始終堅(jiān)持深耕行業(yè)，充分發(fā)揮自身數(shù)值仿真技術(shù)優(yōu)勢(shì)，積極推動(dòng)雙碳目標(biāo)下水庫(kù)大壩智慧化建設(shè)與高質(zhì)量發(fā)展。
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展開(kāi) 【干貨】水利工程中的大壩施工測(cè)量
在水利工程中，河道、渠道、大壩等區(qū)域的測(cè)量工作為施工放樣的重要組成部分，是水利工程施工的重要的內(nèi)容。其中，河道、河道施工測(cè)量與道路測(cè)量基本相同，而大壩施工測(cè)量則有重大區(qū)別。因此，本文以保證水利工程施工質(zhì)量為目標(biāo)，分別分析了以防洪蓄洪為主的土石大壩和以水力發(fā)電為主的混凝土重力壩的施工測(cè)量，為其施工提供較為精確的施工放樣。
工程測(cè)量作為各種建設(shè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)性工作，是工程實(shí)施的指路標(biāo)，更是檢測(cè)工程質(zhì)量的重要工具。水利工程與一般工程項(xiàng)目相比，施工放樣的精度要求尤其高，這就需要工程測(cè)量具有高度的精確性和可靠性，才能保證工程的施工質(zhì)量。大壩是水利工程的重要組成部分，其施工測(cè)量成為水利工程測(cè)量的關(guān)鍵。一旦出現(xiàn)超越規(guī)定范圍內(nèi)的誤差，將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。因此，研究與分析水利工程中大壩施工中測(cè)量具有巨大的價(jià)值和意義。
一、土石壩施工測(cè)量
土石壩的測(cè)量工作具體包括布置平面和高程基本控制網(wǎng)、確定壩軸線和布設(shè)控制壩體細(xì)部的定線控制網(wǎng)、清基開(kāi)挖放樣及壩體細(xì)部放樣工作等。具體到土石大壩，施工測(cè)量工作主要內(nèi)容包括壩軸線定位、控制線測(cè)設(shè)、高程控制網(wǎng)建立、清基放樣、坡腳線放樣、邊坡放樣及坡面修整等七項(xiàng)。
①壩軸線定位
壩軸線即壩頂中心線，一般先由設(shè)計(jì)圖紙量得軸線兩端點(diǎn)的坐標(biāo)值，反算出他們與附近施工控制網(wǎng)中的已知點(diǎn)的方位角，用角度（方向）交會(huì)法測(cè)設(shè)其地面位置。通常情況下，中小型大壩的壩軸線由工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)地形和地質(zhì)情況，經(jīng)過(guò)多方比較，直接在現(xiàn)場(chǎng)選定軸線兩端點(diǎn)的位置。而大型土壩則需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)與規(guī)劃、多方比較與研究后才能進(jìn)行壩軸線定位。
展開(kāi) 世界在建規(guī)模最大水電工程 白鶴灘水電站大壩全線澆筑到頂
31日，烈日下的白鶴灘水電站大壩纜機(jī)手精準(zhǔn)將最后一罐大壩混凝土落入16號(hào)壩段澆筑倉(cāng)面，10分鐘后，弧長(zhǎng)700多米的拱壩壩頂完美地呈現(xiàn)在眾人面前，白鶴灘水電站工程大壩全線澆筑到頂。
白鶴灘水電站大壩是水電站樞紐工程的核心建筑物，承擔(dān)著擋水與泄洪的重要任務(wù)。白鶴灘水電站大壩為300米級(jí)特高混凝土雙曲拱壩，最大壩高289米，壩頂弧長(zhǎng)709米；壩身布置有6個(gè)導(dǎo)流底孔、7個(gè)泄洪深孔和6個(gè)泄洪表孔，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
中國(guó)電建華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院白鶴灘水電站設(shè)計(jì)總工程師徐建榮告訴中國(guó)之聲記者，作為世界在建規(guī)模最大、綜合技術(shù)難度最高的巨型水電站，白鶴灘水電站的大壩需要一系列技術(shù)支持才能確保它的安全性。
展開(kāi) GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之58 大壩地基快速沉降
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之58 大壩地基快速沉降（中仿視頻操作和中文PPT說(shuō)明文件）
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GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之76 San Fernando大壩上游壩體地震響應(yīng)分析
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之76 San Fernando大壩上游壩體地震響應(yīng)分析（中仿視頻操作和中文PPT說(shuō)明文件）
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美國(guó)南加利福尼亞在1971年時(shí)遭遇了一場(chǎng)大地震，位于該地區(qū)的San Fernando大壩上游壩體在地震中受到了一定程度的破壞。本例即通過(guò)模擬大壩在地震中的動(dòng)力響應(yīng)來(lái)展示QUAKE/W在這方面的應(yīng)用。 模型剖面圖如下所示：
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展開(kāi) 黃河古賢水利樞紐大壩設(shè)計(jì)建造—重力壩BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)介紹
image_process=/format,webp/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202408/attachment/cb2465915dd544568d75293b6f19a6a9.png"></figure>
</div><p class="ql-align-right">*該工程仿真設(shè)計(jì)圖</p><blockquote><strong>BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)在在黃河大壩中的應(yīng)用</strong></blockquote><p> 大壩工程作為一類功能與結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜的水利工程，在設(shè)計(jì)建造過(guò)程中需要借助先進(jìn)技術(shù)，BIM技術(shù)的發(fā)展為其提供了更加便捷高效的建設(shè)模式。利用BIM技術(shù)，將建筑工程中的各類信息模型進(jìn)行整合并分析，利用計(jì)算機(jī)龐大的運(yùn)算功能，對(duì)建筑工況進(jìn)行有效的模擬，為更好的開(kāi)展工程建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于大壩工程設(shè)計(jì)之中，通過(guò)三維建模的方式，統(tǒng)計(jì)好工程量并在大量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，利用建模軟件等為大壩工程設(shè)計(jì)提供思路，并在此基礎(chǔ)上不斷的優(yōu)化大壩工程的設(shè)計(jì)方案。</p><p> 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司在設(shè)計(jì)黃河大壩的過(guò)程中就充分利用了重力壩BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該重力壩BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)充分考慮重力壩設(shè)計(jì)流程、功能需求和設(shè)計(jì)習(xí)慣，融合三種二次開(kāi)發(fā)手段，解決壩段體型設(shè)計(jì)、樞紐布置優(yōu)化、建基面設(shè)計(jì)、平馬道開(kāi)挖設(shè)計(jì)、計(jì)算分析等設(shè)計(jì)需求而定制開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)工具集。
展開(kāi) Benchmark test 札記——記錄時(shí)間都去哪兒了
1 國(guó)際大壩委員會(huì)（International Commission On Large Dams, ICOLD）數(shù)值模擬專委會(huì)(Computational Aspects of Analysis and Design of Dams) &中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)——大壩數(shù)值模擬專業(yè)委員會(huì)
中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)與國(guó)際大壩委員會(huì)聯(lián)系緊密。由國(guó)際大壩委員會(huì)舉辦，2019年9月9日至2019年9月11日在意大利米蘭召開(kāi)了第15屆國(guó)際大壩委員會(huì)大壩數(shù)值分析基準(zhǔn)研討會(huì)（15th International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams），發(fā)布了。為促進(jìn)我國(guó)數(shù)值模擬方法和技術(shù)的發(fā)展，2019年11月11日中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)數(shù)值模擬專委會(huì)舉辦了數(shù)值模擬進(jìn)展與展望專題研討會(huì)，確定計(jì)劃于2020年11月舉辦中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)數(shù)值模擬專委會(huì)第一屆數(shù)值分析基準(zhǔn)研討會(huì)，并參照第15屆國(guó)際benchmark發(fā)布的主題，于2020年2月發(fā)布了三個(gè)benchmark競(jìng)賽問(wèn)題（題目發(fā)布網(wǎng)址：http://damcenter.cn/nd.jsp?id=528），包括重力壩地震反應(yīng)的數(shù)值模擬、土石壩地震反應(yīng)的數(shù)值模擬和土堤變形破壞的數(shù)值模擬等主題，給出了考例詳細(xì)的幾何模型、材料、工況條件、計(jì)算要求等詳細(xì)基本要求。
2 美國(guó)有限元方法協(xié)會(huì)（NAFEMS），Benchmark雜志
美國(guó)有限元方法協(xié)會(huì)（National Association for Finite Element Methods Society, NAFEMS）協(xié)會(huì)網(wǎng)址：https://www.nafems.org/。
展開(kāi) 新紀(jì)錄！三峽電站年發(fā)電量首次突破1000億千瓦時(shí)
據(jù)新華社報(bào)道，三峽大壩年發(fā)電量首次突破1000億千瓦時(shí)，創(chuàng)新全新的發(fā)電記錄!
具體來(lái)說(shuō)，12月21日8時(shí)25分21秒，三峽工程在充分發(fā)揮防洪、航運(yùn)、水資源利用等巨大綜合效益前提下，三峽電站今年累計(jì)生產(chǎn)1000億千瓦時(shí)綠色電能，創(chuàng)國(guó)內(nèi)單座水電站年發(fā)電量新紀(jì)錄 ，為維護(hù)長(zhǎng)江安瀾、促進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展發(fā)揮了基礎(chǔ)保障作用。
三峽大壩位于中國(guó)湖北省宜昌市三斗坪鎮(zhèn)境內(nèi)，距下游葛洲壩水利樞紐工程38公里，是當(dāng)今世界最大的水利發(fā)電工程——三峽水電站的主體工程、三峽大壩旅游區(qū)的核心景觀、三峽水庫(kù)的東端。
三峽大壩工程包括主體建筑物及導(dǎo)流工程兩部分，全長(zhǎng)約3335m，壩高185米，工程總投資為954.6億人民幣，于1994年12月14日正式動(dòng)工修建，2006年5月20日全線修建成功。
展開(kāi) 【CAE案例】受地質(zhì)運(yùn)動(dòng)影響的大壩非線性仿真
20世紀(jì)70年代開(kāi)始，大壩出現(xiàn)壩體開(kāi)裂和閘門(mén)卡住的現(xiàn)象，初步判斷閘門(mén)卡住現(xiàn)象由地質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起。1990年起，運(yùn)維單位對(duì)壩址處的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，顯示地質(zhì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的位移量約為每年3mm。2010年后閘門(mén)卡住現(xiàn)象出現(xiàn)頻次顯著增加。因此，目前考慮通過(guò)完全重建或者部分改造，將大壩壽命延長(zhǎng)幾年或幾十年。考慮到經(jīng)濟(jì)因素，優(yōu)先選擇論證部分改造這一解決方案的可行性，再對(duì)壩進(jìn)行部分改造。
圖1：工作視圖
圖2：監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)位移圖
02 解決方案
根據(jù)大壩和閘門(mén)尺寸,在固體力學(xué)仿真軟件上建立物理模型，研究不同力學(xué)行為對(duì)壩體及閘門(mén)的位移應(yīng)力影響。圖3是大壩的有限元模型和計(jì)算施加的邊界條件。
圖3：使用的網(wǎng)格和施加的邊界條件
在固體力學(xué)仿真軟件計(jì)算中，施加荷載與邊界條件時(shí)除了要考慮力載荷(重力、靜水壓力)外，還通過(guò)模型邊界的強(qiáng)制位移來(lái)模擬地質(zhì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。結(jié)果顯示僅用材料的線彈性行為無(wú)法準(zhǔn)確描述大壩的位移情況，這是由于邊界上存在非線性接觸問(wèn)題，因此需要在模型建立時(shí)用到單元JOINT_MECA_FROT，來(lái)模擬支座底部發(fā)生的剪切觸變形(如圖4所示)。
圖4：樁底的剪切面
JOINT-MECA-FROT是固體力學(xué)仿真軟件中的一種基于摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則專門(mén)模擬大壩-基礎(chǔ)接觸面的單元類型。在這個(gè)模型中，混凝土的損傷機(jī)制可以通過(guò)彈性模量變化來(lái)體現(xiàn)。但應(yīng)力分析表明，在混凝土的強(qiáng)度之外，仍有很大的受應(yīng)力輻射區(qū)域。考慮到該區(qū)域的損傷可能會(huì)改變閘門(mén)的計(jì)算結(jié)果，CIH(法國(guó)水力大壩工程中心)和圖盧茲材料和建筑耐久性實(shí)驗(yàn)室(LMDC)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了新的損傷模型ENDO_PORO_BETON，以精確描述混凝土的非線性彈性-塑性損傷行為。該模型實(shí)現(xiàn)了各向異性拉伸損傷(Rankine準(zhǔn)則)的評(píng)估，并考慮了多軸約束的壓縮剪切損傷(Drucker-Prager準(zhǔn)則)。
展開(kāi) 【精彩回顧】遠(yuǎn)算參加第二屆成都國(guó)際水電創(chuàng)新應(yīng)用成果大會(huì)
此次大會(huì)以【“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)水電高質(zhì)量發(fā)展】為主題，邀請(qǐng)了政府主管部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)、行業(yè)專家，圍繞水電大壩工程智能建造、水電站智能化運(yùn)維管理、抽水蓄能技術(shù)創(chuàng)新、水風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)、流域水電大壩綜合治理等方面的熱點(diǎn)話題，進(jìn)行了廣泛深入的研討，展示能源領(lǐng)域數(shù)字化智能化創(chuàng)新成果。
遠(yuǎn)算科技在智慧水電展區(qū)設(shè)置展位，接待了來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、中電建、中科院、華能等單位的參會(huì)人員，并與之進(jìn)行了深入討論交流。遠(yuǎn)算科技作在本次展會(huì)中向現(xiàn)場(chǎng)觀眾展示了基于高性能云計(jì)算和CAE工業(yè)仿真等核心先進(jìn)技術(shù)的大壩健康管理，海上風(fēng)電樁基沖刷預(yù)警等數(shù)字孿生平臺(tái)和視頻測(cè)流水利感知系統(tǒng)，為水工建筑物安全管理，海上風(fēng)電樁基安全預(yù)警管理等，提供智能化運(yùn)維解決方案，引得業(yè)內(nèi)專家頻頻駐足，受到廣泛贊譽(yù)。
對(duì)于展會(huì)中頻頻提及的智能建造水電大壩議題，遠(yuǎn)算科技的大壩健康管理數(shù)字孿生平臺(tái)，基于核心智能算法，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)有限元仿真、水文水動(dòng)力耦合國(guó)產(chǎn)模型等關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提供符合大壩行業(yè)監(jiān)管要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的大壩安全在線監(jiān)測(cè)研判服務(wù)，仿真模型彌補(bǔ)大壩原有測(cè)點(diǎn)不足或設(shè)備損壞帶來(lái)的數(shù)據(jù)缺失等問(wèn)題，實(shí)時(shí)監(jiān)管大壩安全，及時(shí)預(yù)警大壩風(fēng)險(xiǎn)，還能模擬極端工況，提供主動(dòng)應(yīng)對(duì)極端情況的運(yùn)維方案，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性運(yùn)維。同時(shí)固化專家經(jīng)驗(yàn)，智能管家降低大壩運(yùn)維門(mén)檻，大幅降低管理成本，助力能源水工建筑智能運(yùn)維。
除了大型水庫(kù)，遠(yuǎn)算科技也專門(mén)為中小型水庫(kù)提供區(qū)域壩安全預(yù)警數(shù)字孿生平臺(tái)，滿足不同各類水工建筑應(yīng)用場(chǎng)景需求。
不僅是水工建筑，海上風(fēng)電也是我們的核心重點(diǎn)。海上環(huán)境復(fù)雜多變，潮汐、風(fēng)浪、泥沙等多因素不斷沖蝕風(fēng)場(chǎng)樁基，另外還有海纜裸露等問(wèn)題也不容忽視。
展開(kāi) 《ANSYS在土木工程中的應(yīng)用》
字?jǐn)?shù) ：608千字 印張：25
印數(shù) ：1-6000冊(cè) 頁(yè)數(shù)：385
開(kāi)本 ：787*1092 1/16
附帶物 ： 光盤(pán)（為了方便讀者的學(xué)習(xí)，本光盤(pán)按章收錄了完成書(shū)中工程實(shí)例所需要建模文件(.log)以及每個(gè)工程實(shí)例制作過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示文件(.avi)。）
ANSYS 8.0是美國(guó)ANSYS公司開(kāi)發(fā)的大型通用有限元軟件的最新版本。該軟件是FEM(Finite Element Method)分析中迄今為止惟一通過(guò)ISO9001質(zhì)量認(rèn)證的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）設(shè)計(jì)分析類軟件。ANSYS 8.0軟件是融結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、流體、電磁和聲學(xué)等于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業(yè)、鐵路與公路交通、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)、電子與家電、國(guó)防軍工、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工業(yè)、地礦、水利水電以及土木建筑工程等方面的科學(xué)技術(shù)研究。
本書(shū)主要介紹ANSYS 8.0在土木工程中的應(yīng)用，包括大壩工程、隧道及地下工程、橋梁結(jié)構(gòu)工程、房屋建筑工程、邊坡工程以及基礎(chǔ)工程。重點(diǎn)介紹了各類工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為和在工程結(jié)構(gòu)施做和使用過(guò)程中的力學(xué)行為的有限元分析過(guò)程，包括2D和3D分析。
本書(shū)以實(shí)例為主導(dǎo)，適合于土木工程類專業(yè)的大學(xué)生、技術(shù)人員和科研人員閱讀。
展開(kāi) 
勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域的工程仿真方案
應(yīng)用方向有，建筑物、地震計(jì)算、電站、廠房、海上或近海工程、橋梁工程、預(yù)應(yīng)力、非線性混凝土、隧洞工程、基礎(chǔ)工程、地質(zhì)力學(xué)、土力學(xué)問(wèn)題、大壩工程、索膜結(jié)構(gòu)、特殊建筑結(jié)構(gòu)等。
邊坡工程
隨著近年來(lái)國(guó)家基本建設(shè)力度的加大,工程建設(shè)中遇到的邊坡穩(wěn)定問(wèn)題相應(yīng)的增多。事實(shí)上，在邊坡的施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且邊坡一旦失穩(wěn)，其往往帶來(lái)嚴(yán)重后果。因此，對(duì)邊坡進(jìn)行模擬和分析判斷其穩(wěn)定性，并制定出有效的防護(hù)與治理措施，具有十分重要的理論與工程實(shí)踐意義。
邊坡工程的穩(wěn)定性分析是巖土工程中的一項(xiàng)重要工作，也是巖土工程領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。有限元法通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果來(lái)判斷邊坡穩(wěn)定的狀況，不需要假設(shè)滑移面形狀和簡(jiǎn)化滑塊間的相互作用力，并能考慮土體的彈塑性特征及各種不同形式的邊坡形式，以及各種加載條件，所以，在邊坡穩(wěn)定分析方面有限元分析具有不可比擬的條件和優(yōu)勢(shì)。
基礎(chǔ)工程
建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的安全性、適用性，它承托著上部結(jié)構(gòu)的總重量，既要具有足夠的強(qiáng)度承受上部荷載且傳遞到地基，又要具有足夠的剛度保證上部結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)榛A(chǔ)的不均勻變形而產(chǎn)生附加應(yīng)力，對(duì)于高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)等大型結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。但是由于下部地基不確定因素很多，對(duì)基礎(chǔ)的受力性能影響也相當(dāng)顯著，使得基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成為整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的部分。ANSYS可以輔助設(shè)計(jì)，模擬各種類型基礎(chǔ)受力，基礎(chǔ)和地基的相互作用。
ANSYS能很好的模擬樁土的共同作用。考慮土體的力學(xué)性能及接觸單元的設(shè)置，對(duì)應(yīng)不同的基礎(chǔ)形式及土層條件，土體與結(jié)構(gòu)的相互作用以及基礎(chǔ)和上部建筑的受力和變形得到較好的反映。
展開(kāi) 基于ANSYS的大體積混凝土水化熱分析
在實(shí)際工程中，大體積混凝土廣泛應(yīng)用于船塢、船閘、橋墩、閘底板、大壩等工程。如下述圖片所示
大型水利樞紐--圖片源于網(wǎng)絡(luò)。
橋墩--圖片源于網(wǎng)絡(luò)。
船閘模型示例--圖片源于網(wǎng)絡(luò)。
澆筑中的基礎(chǔ)--圖片源于網(wǎng)絡(luò)。
大體積混凝土由于體積厚大，導(dǎo)熱系數(shù)較低，容易生產(chǎn)溫度裂縫。但由于水泥水化過(guò)程中，系統(tǒng)的溫度、生熱率、熱流率、熱邊界條件等參數(shù)隨時(shí)間都有明顯變化。下面說(shuō)下ANSYS中如何進(jìn)行水化熱分析。
利用ANSYS進(jìn)行水化熱分析時(shí)，一般分兩步走：第1步，采用溫度場(chǎng)單元進(jìn)行水化熱溫度場(chǎng)分析；第2步，將前面所得到的的溫度場(chǎng)分析結(jié)果轉(zhuǎn)為應(yīng)力場(chǎng)，施以相應(yīng)的邊界條件，然后進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)分析。
利用 ANSYS進(jìn)行溫度場(chǎng)分析時(shí)，對(duì)于三維實(shí)體單元，通常采用SOLID70 ，通過(guò)查看幫助文檔或者教程，可知該單元有8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)上只有一個(gè)溫度自由度，具有三個(gè)方向的熱傳導(dǎo)能力，并能實(shí)現(xiàn)勻速熱流的傳遞。該單元可以用于三維靜態(tài)或瞬態(tài)的熱分析，同時(shí)此單元也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。
solid70單元
用ANSYS計(jì)算大體積混凝土溫度場(chǎng)的目的是以此為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算溫度應(yīng)力。因此計(jì)算大體積混凝土三維溫度場(chǎng)時(shí)可選取三維實(shí)體熱單元SOLID70，該單元可以在前處理器通過(guò)“ETCHG,TTS”命令進(jìn)行單元轉(zhuǎn)換，原來(lái)的熱單元SOLID70 將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)單元SOLID45，以方便接下來(lái)的溫度應(yīng)力計(jì)算。
下面以如下圖所示的幾何尺寸為例，進(jìn)行大體積混凝土的水化熱分析。
展開(kāi) “自錨上懸式懸?guī)颉睘楹螞](méi)能得到推廣
林同炎主持設(shè)計(jì)的科羅拉多橋照片和施工過(guò)程示意圖
創(chuàng)新的背后都是難題
我猜想土木工程師群體，尤其是直面橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、港口大壩等各類工程結(jié)構(gòu)的工程師們，應(yīng)當(dāng)是最保守的一群人了。因?yàn)槲覀儽仨氁跓o(wú)法精確獲知實(shí)際結(jié)構(gòu)許多相關(guān)參數(shù)、工程材料特性，甚至連理論計(jì)算方法也不一定能夠完全準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，還要最大限度地保障公共安全。所以可以想到，為什么全國(guó)興建了這么多橋梁，基本橋型為啥就那么幾種了吧，安全第一啊！
于是創(chuàng)新總是在遇到各種難以解決的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次內(nèi)心的糾結(jié)和斗爭(zhēng)之后才會(huì)誕生的產(chǎn)物。
吳工在他的論文里也提到了，之所以選擇這種極為少見(jiàn)的橋型，主要是出于經(jīng)濟(jì)的考慮。橋梁的位置，進(jìn)行支架施工的難度很大，而且他和相近跨徑的拱橋、斜拉橋、桁架橋相比較，采用懸?guī)蚍桨傅臉?gòu)件最大吊重大幅度減小——這可是在1989年進(jìn)行施工的，在那個(gè)年代，山區(qū)里進(jìn)行吊裝作業(yè)應(yīng)該是一件并不那么容易做到的事情。
而且論文中多次提到，在1979年就開(kāi)始進(jìn)行了模型試驗(yàn)，這是提前十年進(jìn)行的科研研究，放到今天這應(yīng)該是一個(gè)非常大的課題了。
它是一種特殊的懸索橋還是特殊的拱橋？
研究一下這座橋的受力模式，車(chē)輛行駛在橋面上，荷載通過(guò)橋面?zhèn)鬟f到排架上，排架把荷載傳遞到懸?guī)В瑧規(guī)兀押奢d傳遞到主梁兩端的錨固區(qū)。
對(duì)比一下懸索橋，荷載是從橋面到吊桿，從吊桿到主纜，再?gòu)闹骼|到錨固區(qū)。二者對(duì)比，主要受力構(gòu)件，一個(gè)是懸?guī)б粋€(gè)是主纜，只不過(guò)一個(gè)在橋面下，一個(gè)在橋面上，本質(zhì)都是索-錨的柔性體系。
一個(gè)有趣的現(xiàn)象，此前還真沒(méi)注意，看這個(gè)圖：(圖片來(lái)源自知乎@豬小寶的回答)
如果將桁架上下顛倒，可以發(fā)現(xiàn)原來(lái)的拉桿全都受壓，原來(lái)的壓桿全都受拉，受力形式剛好相反！
所以說(shuō)，懸?guī)蚩刹豢梢钥醋鍪恰邦嵉惯^(guò)來(lái)的拱橋”呢？
為什么沒(méi)能被推廣
工程師們是一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的群體，一旦看到某種結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)很多，自然會(huì)紛紛效仿。
展開(kāi) 基于相場(chǎng)損傷模型的混凝土細(xì)觀壓縮斷裂模擬
(2)在工程實(shí)際當(dāng)中,諸如溫度、濕度等多場(chǎng)耦合問(wèn)題也是十分常見(jiàn)的,對(duì)混凝土全生命周期性能影響不容忽視。研究多場(chǎng)耦合問(wèn)題的難點(diǎn)在于除了需要考慮其他場(chǎng)與位移場(chǎng)的耦合關(guān)系外,對(duì)于它們與相場(chǎng)的耦合關(guān)系亦不容忽視,此外各自的耦合方式仍需探討,這將會(huì)是一項(xiàng)有意義且有趣的研究。
