分类:数学论文发表 时间:2021-04-28 14:26 关注:(1)
摘要:本文通过分析比较三种计算模型计算结果的关系,得到逆作法顶管井井壁内力可用连续梁来近似快速计算的方法,并给出设计所需的标准值与计算值的换算工式。从而简化了设计,提高了设计工作的效率。
关键词:速算法;顶管井;
1分析的意义
矩型顶管工程井的施工,很多采用逆作法。该法施工的井壁内力计算,可取同一深度的一环井壁计算,其作用荷载为周围土体的土压力Q,见图1。
图1一环井壁计算图示
在设计中,要计算图1中结构,一种途径是用结构力学知识手算或有限元软件计算,另一种途径是翻手册查表得到。两种方法都比较精确,但却不方便。特别是在长、宽、高都变化的多个井都需计算的时候。寻求便捷的近似计算法来满足日常设计需要就很有必要了。
以下对三种计算模型进行分析和比较。
2计算模型的建立
模型一:精确模型。其计算图示如图2所示,其实质为图1的一半。
图2精确模型
模型二:单跨梁模型。一环井壁的长边较短边不利,计算出长边,就可近似对结构配筋。
图3单跨梁模型
模型三:连续梁模型。同样是抓住长边较为不利的特点,同时考虑短边的影响,得到模型三。
图4连续梁模型
3计算结果及分析
计算得到弯矩图如图5所示:
图5计算结果——弯矩图
从图中可以看出:
(1) 长边跨中弯矩,精确模型的最大,单跨模型最小,连续梁模型居中;支座(就是转角)处,精确模型的最小,单跨模型最大,连续梁模型居中。其比例关系为:
M跨中1:M跨中2:M跨中3=1:0.67:0.82
M转角1:M转角2:M转角3=1:1.33:1.18
(2) 从精确模型可看出:短边跨中与支座(即转角处)弯矩同号。
从结果可看到,用连续梁模型来计算,误差在18%,设计时稍作处理,就可满足工程要求。
4井平面尺寸对计算的影响
由以上计算,我们可得出一环井的弯矩分布图并指导设计配筋。但是对于不同平面尺寸的井,是否也可采用此数值?如果能得出一个变化的规律,则可直接指导不同平面尺寸井的壁板配筋,而无需另行建立有限元模型来计算了,这将大大方便设计。
顺着这个思路,以下对不同尺寸的板分别建立有限元模型,计算其弯矩。模型建立方法与荷载取值同上。计算结果列于表1。
表1计算结果及分析表
序号 L(单位:米) B(单位:米) B/L 模型 跨中比值 转角处比值
1 6.5 3.2 0.49 精确模型 1 1
连续梁模型 0.81 1.19
2 6.5 3.4 0.52 精确模型 1 1
连续梁模型 0.82 1.18
3 6.5 3.6 0.55 精确模型 1 1
连续梁模型 0.82 1.17
4 6.5 3.8 0.58 精确模型 1 1
连续梁模型 0.84 1.16
5 6.5 4.0 0.62 精确模型 1 1
连续梁模型 0.85 1.14
从表中可以看出:
(1) 井平面尺寸越接近方形,连续梁的模拟近似程度越高;
(2) B/L的数值在表中的范围内,跨中和转角处的比值变化不大;
6结论
在实际顶管工程中,常用的井平面尺寸均在表1列出的范围内,设计中用连续梁替代平面框架进行近似计算是可行的,方便的。实际应用中,井壁用于配筋的弯矩的标准值,可由连续梁的计算结果通过如下换算得到:
M跨中标准值=1.24M跨中连续梁计算值
M转角标准值=0.88M转角连续梁计算值
参考文献:
[1]ANSYS公司北京办事处.ANSYS热
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