当前位置:首页 > 行业方案 > 土木建筑

土木建筑

概述:

土木工程是有限元分析应用的一个重要领域。土木工程设备的强度、寿命和可靠性分析以及钻探、挖掘、采矿,施工等过程的力学仿真是结构工程领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题,需要多门学科的理论和方法的综合应用。
针对土木领域关注的各种线性非线性力学问题Abaqus有针对性的提供了相应的有限元分析解决方案。Abaqus的有限元分析能力已经被全球各大建筑设计单位所检验并得到了广泛的认可。目前GeoConsult、ISMES、T. Y. Lin等世界知名的建筑企业都是Abaqus软件的重要用户。在国内,北京水科院、武汉长科院、上海现代建筑设计院、江钻股份、铁道科学研究院、中科院武汉岩土所、上海市基础工程公司,核二院等均采用Abaqus软件进行分析。

案例:

1. 模态分析是所有动力学分析最基本的内容,模态分析是用来确定结构振动特性(自然频率、振型、振型参与系数)的一种技术。下图是某高层建筑的振型图。

2. 2002年以后,随着建筑行业新标准的正式实施,对建筑结构的弹塑性分析要求终于被正式地写入行业规范之中。混凝土剪力墙几乎是一种天生的弹塑性构件。在弹性阶段的分析中,一般忽略其塑性特性,按弹性壳单元计算,细分后的壳单元大小一般为1~2m,按每个节点6个自由度计算,一栋70m高的剪力墙高层结构便可达到数万个自由度的计算规模。下图是某高层建筑剪力墙弹塑性分析结果。

 

3. 针对动力学问题,尤其地震响应,Abaqus既采用隐式动力学算法,同时也可以进行显式动力学分析,在时域内对结构的响应问题进行分析。下图分别是世界第二、中国第一高层建筑——环球金融中心以及另外某高层结构的地震响应分析结果。

     

4. 隧道开挖工程结构总是按照一定的操作顺序施工的,控制条件不一定是施工结束时,而往往在施工过程中。岩土工程分析要动态地模拟施工过程中结构形体的变化、材料的演变、约束与外载条件的改变等。这是与材料非线性、几何非线性或边界非线性而不同的一种非线性,只能用计算过程的模拟才能体现出来,也就是说岩土工程分析应当是一种动态的过程分析,只有进行过程分析,其结果才是合理的。

5. 在一系列的工程问题中,涉及到有效应力、变形、水运动、堤坝渗流变形、油气开采、煤层内瓦斯渗流、地基的蒸发固结和降雨入渗的滑坡等问题,这些问题一般都必须考虑水、气两相流体流动和固相变形之间的相互作用。因而,研究非饱和土的流-固耦合问题具有重大理论和实际意义。

 

6. 国贸站建设中的工程问题具有材料非线性、几何非线性、边界非线性、时空效应等特点。因此,给问题的求解带来了极大的困难,而这些问题的解决在理论上属于学科前沿,反映学科交叉,因此,针对国贸站展开相应的研究,具有重要的现实意义和学术价值。鉴于Abaqus软件对地下工程问题的良好适应性,因此,在研究过程中主要应用Abaqus软件来进行相关的研究工作。

7. 应变局部化现象在岩土工程中大量存在,最为典型的就是土体失稳时形成的剪切带。剪切带形成的研究对于评价土工结构物的安全性和稳定性等问题具有重要意义。

8. 岩石是一种非常复杂的材料。其材料属性不光表现高度非线性,而且由于节理的存在表现各向异性。Abaqus在岩石方法不光提供了岩石的塑性属性,而且提供了其节理属性。

9. 在桥梁施工方面Abaqus提供了单元生死(Model Change)、钢筋混凝土材料属性以及钢筋预紧力等功能。下图是某大桥施工过程的模拟。

10. Abaqus提供了两种求解振型的方法:Lanczos方法和Subspace两种方法,两种方法各有优缺点,分别实用于规模较大,频率提取多的结构和规模小,频率提取少的结构。右图桥梁长140m,高80m。其一阶和四阶振型如下图所示。

11. Abaqus有功能强大的显式求解器,下图是利用Abaqus显式求解器对美国金门大桥做的地震响应分析。

12. 当土坝土体的坡度小于一定值时,土坝的结构取决于土体保持稳定的能力。但是在一定的载荷情况下,土体的稳定性要做折衷处理,在设计过程中要考虑到这些载荷情况。

13. 世界著名结构公司Arup使用abaqus软件进行火灾分析, 以探讨在火灾情况下结构失效机理,发生部位,以及如何避免发生火灾后高层建筑结构可能失效的发生,从而帮助公司稳固在建筑结构行业的领先地位。以下是Arup 分析的实例,十四层钢筋混凝土结构在三层受火下,结构的失效特征以及失效部位。

14. 印度IIT Kanpur 大学的工程人员利用abaqus进行铁轨的应力分析,考虑到在铁轨中的裂缝和可能存在瑕疵。

15. 普通道路在移动荷载下分析,应用轮胎/地面接触三重非线性的分析方法,应用Abaqus 建立轮胎/地面接触有限元模型,考虑了轮胎、土壤材料非线性、几何非线性和轮胎/土壤接触非线性。分析了车辆在运动15 秒状况下,不同负载、胎压轮胎和地面的变形、应力和应变分布情况以及相互之间的关系。