ANSYS模拟框架结构楼房逐段解体爆破拆除(2)

第 21卷 第 3期 2004年 9月 爆 破 BLASTING VoI．21 No．3 Sop．2004 文章编号：1001—487X(2004)03—0005—03 ANSYS模拟框架结构楼房逐段解体爆破拆除 陈宝心，邓 敉，钱 虎 (武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070) 摘 要 ： 利用大型通用有限元软件 ANSYS的生死单元功能对钢筋混凝土结构楼房的爆破拆除进行模拟。 采用 SOLID65建立钢筋混凝土整体式模型，在 ANSYS中基于生死单元法预计爆破拆除切 口形成瞬间结构 中裂缝的形成及 塑性铰的出现位置。 关键词 ： ANSYS； S0LID65； 逐段解体法 ； 爆破模拟 中图分类号： TD235．1 文献标识码： A ANSYS Simulation of the Blasting Process by Gradual Disintegrati0n CHEN Bao-xin，DENG M ，Q／AN H“ (School of Resource and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China) Abstract： ANSYS software is used to simulate tile frame-structured building being destroyed with controlled blasting is introduced in this paper．The location of cracks and plastic—gemel after tile moment of blasting are conve— niently simulated after SOLID65 element being used to built a reinforced—concrete integral mod el in ANSYS．In this article，the process of analysis and solution is put forward and the method of killing or activating dements is mentioned． Key words： ANSYS；SOLID65；method of gradually disintegration；blasting simulation 1 概 述 水平逐段解体法爆破 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 主要应用于高宽比不 大 ，且每层 C (能量相似常数，即框架结构的势能和 解体框架破坏能量之 比)>1的情况。具体实施为 按照一定 的时问延期逐段炸毁框架 内的主要支撑 柱，使框架结构逐段解体坍塌【1 J。该方案的主要优 点是通过 2次比较充分的解体 ，第一次势能以突加 载荷形式转化成弯曲破坏能，使框架各节点处产生 弯矩而解体破坏；第二次为构件坍塌触地冲击而解 体。使框架整体得到理想的破坏效果，从而解体后 各构件能充分满足尺寸的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 要求。 在爆破拆除工程方案设计和实践中，要保证前 收稿日期 ：2004一O5一O8， 作者简介：陈宝心(1956一)．男；武汉：武汉理工大学资源与环境工程 学院剐教授． 排柱子炸毁后 ，梁、板能达到失稳条件，由几何稳定 结构转为不稳定结构，必须要进行梁预处理。那么 该预处理哪些梁，在什么位置处理，处理的程度等， 以往是根据经验确定的，通过数值计算进行计算分 析 ，为爆破拆除设计和施工提供科学依据。 在大型有限元软件 ANSYS中，专门建立了面 向混凝土、岩石材料 的单元——SOLID65单元，在 三维 8节点等参元 SOLII345的基础上，增加了针对 混凝土的材性参数和组合式钢筋模型。它不但可以 模拟混凝土材料特有的开裂、压碎等力学现象，而且 预先定义好了混凝土的破坏准则t2 J。Solid65单元 本身包括 2部分：一是和普通的 8节点空问实体单 元 Solid45相同的实体单元模型，并加入 了 Willam— Warnke5参数破坏准则。二是由弥散钢筋组成的整 体式模型，它可以在三维空问的不同方向分别设定 钢筋的位置、角度及配筋率等参数 2。此单元模型 维普资讯 http://www.cqvip.com 6 爆 破 2004年 9月 在一般范围内能较好地进行钢筋混凝土的非线性分 析 ，包括对徐变等特性的考虑。 2 框架结构楼房爆破模型 2．1 整体式模型 有限元法经典单元模型主要有 3种类型：分离 式模型、组合式模型和整体式模型。组合式模型和 整体式模型考虑到钢筋混凝土的特点，不将钢筋单 独划分单元，这大大减少了整个结构的单元数 目，使 得用有限元法 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 大型建 (构)筑物是可行的 J。 以钢筋砼平面框架为计算模型，按整体式模型将框 架中的梁、柱划分单元格，如图 1。 所谓整体式模型是将钢筋弥散于整个单元中。 并把单元视为连续均匀材料 ，由虚功原理得出的关 r 系式【 ]：[是]=l[B]T[D][B]dV来求单元刚度 J V 矩阵。弹性 矩阵 [D]由 2部分组成，即 [D]= [D ]+[D。]，式中，[D ]、[D ]分别为混凝土、钢 筋的应力应变矩阵，[D ]在开裂前可按各向同性 的一般均质体计算。 按最大主应力方向为坐标轴方向而建立起来的 关系矩阵，在求单元刚度矩阵时，还要转到总体坐标 系中去。假设最大主应力方 向与整体坐标系 轴 之间的夹角 为 (顺 时针为正，反之 为负)，C = cosO，S=sinO，则可以利用下列坐标转换矩阵转到 整体坐标系中去¨j： [D ]= [R]T[D ][尺] 2．2 砼本构关系和破坏准则的选取 模型建立的重点是材料本构关系和破坏准则的 确立。采用的混凝土本构模型为多线性等向强化模 型(Multilinear Isotropic Hardening)，钢筋的本构关 系采用的是双线性等向强化模型(Bilinear Isotropic Hardening)。 建立模型网格划分后如图 1所示。 Z 图 1 整体式模型结构图 各参数数目如下：关键点数 ：120；线条数 ：180； 面数：90；实 体 数 ：15；节 点 数：6 234；单 元 数 ： 20 148。 局部放大的网格划分如图2所示。 l圣l 2 局部 放大 的 【碉格划 分l圣l 3 计算机模拟过程 3．1 生死单元法在爆破中的运用原理 在 ANSYS中，如果模型中加入(或删除)材料 ， 模型中相应的单元就“存在”(或消亡)。单元生死选 项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单 元。可以在大多数静态和非线性瞬态分析中使用单 元生死功能 J。 要产生“单元死”的效果，ANSYS程序并不是将 “杀死”的单元从模 型中删除，而是将其刚度(或传 导，或其 他分析特 性)矩 阵乘 以一 个很小 的 因子 [ESTIF]。因子缺省值为 1．0E一6，也可 以赋为其 他数值。死单元 的单元载荷将为 0，从而不对载荷 向量生效。同样 ，死单元的质量，阻尼。比热和其他 类似效果也设为 0值。死单元的质量和能量将不包 括在模型求解结果中。单元的应变在“杀死”的同时 也将设为 0【 。 在爆破拆除的工程实践中，人们使用炸药先炸 毁结构的某些部分，使之失去或减弱承载能力，促使 整体结构在 自重作用下失稳而按预定方向倾倒。这 些被炸毁的“某些部分”在有限单元法中可以模拟为 “被杀死的单元”，不仅 自身“失去”质量、阻尼和其他 能量 ，而且不再对整个结构贡献任何能量。 正是在以上这些理论基础上提出了在 ANSYS 中以SOLID65单元建立钢筋混凝土整体式有 限元 模型，利用生死单元法模拟爆破拆除的构想。 3．2 加载和求解 3．2．1 杀死单元并加载 根据逐段解体法的理论【1 J，爆破方案为首先炸 毁右边立柱和横梁。再炸毁中间立柱，即分为 2个段 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2l卷 第 3期 陈宝心 等 ANSYS模拟框架结构楼房逐段解体爆破拆除 7 位毫秒延 期起爆。第一 段为瞬发，第二段 为 110 ms。在 ANSYS中通过载荷多次求解实现分段起 爆 。即在第一载荷步杀死右边立柱和横梁的部分单 元。求解完后杀死中间立柱和左边横梁的单元，继续 求解。仅对爆破后第一时间段进行分析。 3．2．2 求解选 项设置 因为考虑材料非线性和几何非线性(大变形效 图3变形 图 ／ ^NSYS ＼ ／ 。 ＼ 图5整体裂缝位 置图 ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ ^ N V l 国 l i i 譬 国 l ； 弓 《 l 自】口 I^ 7n ，17 ，^ ‘ l 4,裂缝 置I 图7位 移 矢 量 图 4 计算结果和分析 1)变形图显示载荷子步间构件、单元变形情况， 包括变形前 和变形后 的形状。由于篇幅，仅 给出 substep=2和 substep=13时的变形图。 2)求解过程中，在 270 ms时刻，求解中断，根据 应 )，故 选 择 ANSYS／STRUCTURE 模 块 中 的 LARGE DISPLACEMENT TRANSIENT非 线性 选 项，求解器选择稀疏矩阵直接求解法 ，为加强收敛 ， 打开完全牛顿．拉普森选项和 自适应下降功能。采 用 自动时间步长及线性搜索，使用位移收敛准则，以 加快收敛。 3．2．3 结果后处理 图4局部裂缝位 置图 图6节 点解梯度 线图 图8位 移 矢量图 有限元分析理论及 ANSYS求解判断准则，在爆破 切 口形成后 270 ms时刻构件之间出现第一次脱离， 整个结构由几何稳定体系转变成不稳定体系，构件 开始独立运动。 (下转第 20页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 20 爆 破 2004年 9月 (上接第 4页) c．按体积平衡法计算群药包前沿抛距时，将前 排药包抛距作为群药包前沿抛距的观念应当更新， 即群药包的前沿抛距不但正 比于最小抵抗线，还与 药包的问、排距存在对应关系，也就是说，群药包爆 破时，存在一个有利于抛掷的“最佳问、排距”。 参考文献 [1] 刘殿中．工程爆破实用 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [M]．北京：冶金工业出版 社 ．1999． [2] 冯叔瑜．体积平衡法[A]．冯叔瑜爆破 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 选集[c]．北 京：北京科学技术出版社，1994． [3] 杨人光．工程爆破抛掷堆积规律[M]．北京：中国科学 院力学所，1977． [4] 高荫桐．集中药包与分集药包爆破效果的试验研究 [J]．工程爆破，2002，6：30～33． [5] 高荫桐，刘殿中 ．药包最佳埋深的试验研究[J]．爆破， 2003，(增刊)：53～54． [6] 高荫桐，刘殿中 ．分集药包爆破效果的试验研究[J]． 爆破 ，2003，20(4)：41～44． (上接第 7页) 3)由裂缝产生的位置图可知，出现裂缝的先后 次序为：首先是中间立柱与顶梁铰接处，其次是与第 二横梁的铰接处，然后才是炸毁立柱上方的柱梁节 点。 5 总 结 运用 ANSYS软件对框架结构楼房的逐段解体 爆破进行数值模拟 ，得到出现塑性铰的区域 以及裂 缝形成先后次序，通过研究，能初步了解爆破后楼房 完全倒塌前各构件的应力应变、裂缝出现的先后顺 序以及解体情况，对工程设计和实践具有一定的参 考意义。 参考文献 【1] 杨人光．史家育．建筑物爆破拆除【M]．北京：中国建 筑工业 出版社，1985． [2] 江见鲸，陆新征．ANSYS SOLID 65分析混凝土讲义 [R]． [3] 江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析[M]．西 安：陕西科学技术出版社 ，1998． [4] Nilsson，Arthur H．Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete by the Finite Element Method[J]．ACI Jour— nal，1968，65(9)：6～8． [5] 李皓月．ANSYS工程计算应用教程[M]．北京：中国 铁道出版社 ，2003． 维普资讯 http://www.cqvip.com