一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法及装置，建立圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型，在一次衬砌与二次衬砌之间增设连接层；采用各向同性线弹性材料本构模型模拟结构模型中的一次衬砌和二次衬砌的应力

【技术实现步骤摘要】
一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法及装置，属于工程结构分析计算领域。

技术介绍

[0002]作为长距离调水工程中主要结构物，高位圆形水池体积庞大，池内水压较大，井壁一般设计由一次衬砌(先施工)和二次衬砌(后施工)组成，为了有效阻止一次衬砌和二次衬砌之间的相对滑动，需要在一次衬砌和二次衬砌之间预埋水平方向抗剪钢筋进行连接。同时，需要通过三维有限元分析对预埋钢筋的间距、直径和布置进行复核和优化。
[0003]但是，在三维有限元计算时，一方面需要考虑一次衬砌和二次衬砌之间的接触，另一方面也需要考虑钢筋和一、二次衬砌之间的接触，存在多重复杂的接触问题，如果采用常规的几何接触算法考虑一次衬砌与二次衬砌之间的接触，计算很难收敛。为此，本技术提出了一种有效的接触面一次衬砌和二次衬砌弱连接面的模拟方法，避免了完全几何接触算法存在的收敛性问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法及装置。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，包括：
[0006]采集圆形水池一次衬砌和二次衬砌高度、厚度、半径信息以及衬砌上进水口和出水口的数量、位置、口径信息，根据采集的信息采用建立圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型，在一次衬砌与二次衬砌之间增设连接层；
[0007]获取各向同性线弹性材料本构模型以及修正的正交各向异性材料本构模型；采用各向同性线弹性材料本构模型模拟所述圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型中的一次衬砌和二次衬砌的应力
‑
应变本构关系，采用修正的正交各向异性材料本构模型模拟连接层的应力
‑
应变本构关系；
[0008]设置修正的正交各向异性材料本构模型的参数，包括：获取一次衬砌与二次衬砌的弹性模量和泊松比(根据混凝土标号查阅规范或根据试验确定)，计算一次衬砌与二次衬砌的弹性模量的平均值作为连接层的三个主方向的弹性模量，计算一次衬砌与二次衬砌的泊松比的平均值作为连接层的三个主方向的泊松比；根据连接层的弹性模量的量级确定连接层的三个主方向的剪切模量；
[0009]根据连接层的三个主方向的弹性模量、泊松比和剪切模量计算连接层的弹性矩阵；
[0010]施加荷载，根据施加的载荷、所述一次衬砌和二次衬砌的应力
‑
应变本构关系和所述连接层的应力
‑
应变本构关系采用数值方法计算一次衬砌和二次衬砌间的竖向错动量，
所述荷载包括水池自重、池内水压力、池外土压力。
[0011]进一步的，采用有限元软件建立圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型。
[0012]进一步的，所述修正的正交各向异性材料本构模型的表达式为：
[0013][0014]式中，E1、E2和E3为连接层的三个主方向的弹性模量，ν
12
、v
21
、ν
23
、ν
32
、ν
13
和ν
31
为泊松比，μ
12
、μ
23
和μ
31
为连接层的剪切模量，ε1、ε2、ε3为连接层的正应变分量，ε4、ε5和ε6为连接层的切应变分量，σ1、σ2、σ3为连接层的正应力分量、σ4、σ5和σ6为连接层的切应力分量。
[0015]进一步的，所述弹性矩阵的计算表达式为：
[0016][0017]式中，D表示弹性矩阵。
[0018]进一步的，所述连接层厚度d
t
取一次衬砌厚度d
f
和二次衬砌厚度d
s
中较小值的
[0019]进一步的，所述修正的正交各向异性材料本构模型的三个正交方向为各材料点所在位置的柱坐标系的三个正交方向。
[0020]进一步的，所述连接层的剪切模量微量值μ
12
、μ
23
和μ
31
根据连接层材料弹性模量E
的量级确定，取
[0021]一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟装置，包括：
[0022]模型构建模块，用于采集圆形水池一次衬砌和二次衬砌高度、厚度、半径信息以及衬砌上进水口和出水口的数量、位置、口径信息，根据采集的信息采用建立圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型，在一次衬砌与二次衬砌之间增设连接层；
[0023]模拟模块，用于获取各向同性线弹性材料本构模型以及修正的正交各向异性材料本构模型，采用各向同性线弹性材料本构模型模拟所述圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型中的一次衬砌和二次衬砌的应力
‑
应变本构关系，采用修正的正交各向异性材料本构模型模拟连接层的应力
‑
应变本构关系；
[0024]参数设置模块，用于设置修正的正交各向异性材料本构模型的参数，包括：获取一次衬砌与二次衬砌的弹性模量和泊松比，计算一次衬砌与二次衬砌的弹性模量的平均值作为连接层的三个主方向的弹性模量，计算一次衬砌与二次衬砌的泊松比的平均值作为连接层的三个主方向的泊松比；根据连接层的弹性模量的量级确定连接层的三个主方向的剪切模量；
[0025]第一计算模块，用于根据连接层的三个主方向的弹性模量、泊松比和剪切模量计算连接层的弹性矩阵；
[0026]第二计算模块，用于施加荷载，根据施加的载荷、所述一次衬砌和二次衬砌的应力
‑
应变本构关系和所述连接层的应力
‑
应变本构关系采用数值方法计算一次衬砌和二次衬砌间的竖向错动量，所述荷载包括水池自重、池内水压力、池外土压力。
[0027]本专利技术所达到的有益效果：
[0028]本专利技术针对高水位圆形水池结构，通过建立与水池一次衬砌和二次衬砌协调一致的弱连接面结构模型，采用修正的各向异性本构模型模拟弱连接面的本构关系，避免了常规几何接触算法计算难以收敛的问题，且可以很好地模拟一次衬砌与二次衬砌之间的法向和切向接触特性，反应荷载作用下一次衬砌与二次衬砌之间的错位关系。
附图说明
[0029]图1为本专利技术模拟方法的流程示意图；
[0030]图2为一次衬砌结构模型；
[0031]图3为二次衬砌结构模型；
[0032]图4为一次衬砌与二次衬砌弱连接面结构模型；
[0033]图5为一次衬砌、二次衬砌及两者之间弱连接面整体结构模型；
[0034]图6为一次衬砌与二次衬砌之间的错动变形示意图(变形放大1500倍)。
具体实施方式
[0035]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0036]如图1所示，本专利技术公开了一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，包括以下步骤：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，其特征在于，包括：采集圆形水池一次衬砌和二次衬砌高度、厚度、半径信息以及衬砌上进水口和出水口的数量、位置、口径信息，根据采集的信息采用建立圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型，在一次衬砌与二次衬砌之间增设连接层；获取各向同性线弹性材料本构模型以及修正的正交各向异性材料本构模型；采用各向同性线弹性材料本构模型模拟所述圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型中的一次衬砌和二次衬砌的应力
‑
应变本构关系，采用修正的正交各向异性材料本构模型模拟连接层的应力
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应变本构关系；设置修正的正交各向异性材料本构模型的参数，包括：获取一次衬砌与二次衬砌的弹性模量和泊松比(根据混凝土标号查阅规范或根据试验确定)，计算一次衬砌与二次衬砌的弹性模量的平均值作为连接层的三个主方向的弹性模量，计算一次衬砌与二次衬砌的泊松比的平均值作为连接层的三个主方向的泊松比；根据连接层的弹性模量的量级确定连接层的三个主方向的剪切模量；根据连接层的三个主方向的弹性模量、泊松比和剪切模量计算连接层的弹性矩阵；施加荷载，根据施加的载荷、所述一次衬砌和二次衬砌的应力
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应变本构关系和所述连接层的应力
‑
应变本构关系采用数值方法计算一次衬砌和二次衬砌间的竖向错动量，所述荷载包括水池自重、池内水压力、池外土压力。2.根据权利要求1所述的圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，其特征在于，采用有限元软件建立圆形水池一次衬砌与二次衬砌的结构模型。3.根据权利要求1所述的圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，其特征在于，所述修正的正交各向异性材料本构模型的表达式为：式中，E1、E2和E3为连接层的三个主方向的弹性模量，ν
12
、ν
21
、v
23
、ν
32
、v
13
和v
31
为泊松比，μ
12
、μ
23
和μ
31
为连接层的剪切模量，ε1、ε2、ε3为连接层的正应变分量，ε4、ε5和ε6为连接层的切应变分量，σ1、σ2、σ3为连接层的正应力分量、σ4、σ5和σ6为连接层的切应力分量。4.根据权利要求3所述的圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，其特征在于，所述弹性矩阵的计算表达式为：
式中，D表示弹性矩阵。5.根据权利要求1所述的圆形水池一次与二次衬砌弱连接面模拟方法，其特征在于，所述连接层厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：江守燕，欧泽锋，严振瑞，郭泽锋，杜成斌，孙立国，陈玉泉，
申请(专利权)人：广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：