基于ANSYS的水工壓力隧洞配筋計算研究

黎傘傘

摘要：為提升水工壓力隧道配筋效果，在確保隧道結構強度的前提下，減少隧道施工環(huán)節(jié)對于鋼筋使用數量的需求，管控施工成本。文章將配筋計算作為研究核心，以ANSYS技術為框架，從多個維度出發(fā)，梳理技術流程，構建計算模型，以期為后續(xù)相關水電站隧道工程的施工建設提供參考。

關鍵詞 ANSYS 水工壓力 隧道配筋 計算方案

0前言

ANSYS軟件在水工壓力隧道配筋計算活動中的應用，憑借自身的技術優(yōu)勢，實現了對水工壓力隧道鋼筋配比的直觀性分析，大大降低了配筋計算的難度。但受制于多種因素的影響，水工壓力隧道配筋計算環(huán)節(jié)，對于ANSYS軟件的應用水平較低，無法真正發(fā)揮出ANSYS軟件的技術優(yōu)勢。為了進一步提升ANSYS軟件的實用性，文章在分析ANSYS軟件特點的基礎上，從水工壓力隧道模型建立以及配筋計算兩個角度出發(fā)，切實提升水工壓力隧道配筋計算環(huán)節(jié)，ANSYS軟件的應用效果，以期在提升配筋計算準確性的基礎上，縮短計算周期，避免額外的費用支出。

1 ANSYS軟件概述

ANSYS軟件作為一種有限元分析軟件，其有效滿足大型復雜問題的分析以及處理需求，在提升分析計算結果精度的同時，大大降低了分析人員的工作壓力，縮短計算周期，為后續(xù)相關工作的開展提供方向性引導。

ANSYS主要包括前處理模塊、分析計算模塊以及后處理模塊等幾大部分組成。例如前處理模塊，為整個計算分析系統提供了必要的建模與網格劃分工具，用戶在登陸軟件后，根據自身的需求，在短時間內完成建模。分析計算模塊實現了對多種場景的模擬，分析多種物理介質之間的相互作用，與其他計算分析軟件相比，其具有更高的林敏度以及可靠性。后處理模塊主要是通過梯度顯示、立體切片顯示等多種方式，將計算分析結果直觀呈現出來，大大提升計算分析結果的實用性。現階段我國在水電站高壓引水隧道規(guī)劃施工環(huán)節(jié)，普遍采取鋼襯鋼筋混凝土壓力管道，這種管道結構強度高，成本較低，使用壽命較長，較好地滿足了水工壓力隧道的使用需求。鋼襯鋼筋混凝土管道將鋼襯與鋼筋兩種材質進行混合使用，借此來防范重大安全事故的發(fā)生。但是受到工藝等因素的限制，鋼襯鋼筋混凝土滾到在使用環(huán)節(jié)，往往需要配筋進行襯砌，在配筋環(huán)節(jié)，工作人員，不僅要統籌考慮鋼襯、配筋的承載，還需要對混凝土開裂后裂縫寬度進行評估，難度較大，進而影響配筋計算的準確性。基于這種情況，越來越多的施工單位以及技術人員嘗試將ANSYS軟件引入到水工壓力隧道鋼襯鋼筋混凝土管道的分析環(huán)節(jié)，希望借助于軟件的技術優(yōu)勢，在較短時間內，快速完成配筋計算工作，為后續(xù)相關共組的開展奠定堅實基礎。

2 ANSYS框架水工壓力隧道模型建立方法

ANSYS框架下水工壓力隧道模型的建立，要求技術人員著眼于實際，結合ANSYS軟件的技術構成，有針對性地開展水工壓力隧道建模工作，為后續(xù)配筋計算提供便利。

ANSYS軟件在對水工壓力隧道進行配筋計算的過程中，根據軟件的功能模塊設置以及相關工作要求，在配筋計算之前，應當組織技術人員，進行水工壓力隧道的建模。在實際的建模環(huán)節(jié)，使用solid65對混凝土進行模擬，對于管道中使用的鋼襯則通過ANSYS軟件中殼單位進行模擬，在模擬過程中，混凝土與鋼襯之間不設置連接處理，以確保模型真實地反應實際情況，為后續(xù)相關配筋計算工作的進行營造出真實有效的環(huán)境。在ANSYS軟件的技術支持下，技術人員根據水工壓力隧道的實際情況，對隧道頂拱、底拱、左側隧道面、右側隧道面作為配筋計算的主要對象，在單時間內，快速完成配筋計算工作。

以某水工壓力隧道施工項目為例，該項目隧道內徑16.8m，埋藏深度114m，在隧道配筋計算過程中，采用ANSYS軟件，對混凝土、鋼襯等隧道主要構建進行模擬，在模擬環(huán)節(jié)，該項目技術人員采取solid73模塊作為基本單元，完成對軌道鋼襯以及殼體的模擬，在模擬環(huán)節(jié)，考慮到工程中設計隧道襯砌的厚度為80cm，技術人員考慮到5倍洞徑外的巖石，對于管道產生的作用較小，因此在建模環(huán)節(jié)，技術人員只是將隧道施工區(qū)域內5倍洞徑內的區(qū)域進行了模擬，在水工壓力隧道有限元模型構建環(huán)節(jié)，在施工區(qū)域內共劃分為出8994個單元，17628個節(jié)點，其中主要的建模單元以及節(jié)點，均分布隧道頂拱、底拱、左側隧道面、右側隧道面，在形成了一個完整的水工壓力隧道模型，較好地反映出鋼襯鋼筋混凝土管道襯砌結構的基本形態(tài)。通過這種方式，既能夠確保建模工作的質效，又能夠降低工作強度，減少不必要的費用支出。

3基于ANSYS的隧道配筋計算方法

ANSYS軟件下，水工壓力隧道配筋計算方案的確立，應當在隧道模型的基礎上，梳理隧道配筋的原理，從應力轉化的角度出發(fā)，扎實開展配筋計算工作。

3.1配筋計算的基本原理

配筋計算作為提升建筑結構強度的重要手段，通過配筋計算，有效提升建筑結構的強度，避免缺筋的情況出現，同時也能夠減少不必要的浪費，管控成本，實現經濟效益與社會效益的統一。通過對水工壓力隧道、襯砌結構以及一定水工區(qū)域的有限元建模處理，技術人員在短時間內，形成襯砌結構的空間力場，在空間立場中，水工壓力隧道內產的應力會真實地作用于模型之中，在此基礎上，技術人員通過數據收集以及整理工作，完成水工壓力隧道內部軸力、剪力以及彎矩等參數的確定，以上述參數為基礎，推動配筋計算工作的順利進行。

3.2應力轉化分析

在對水工壓力隧道配筋計算過程中，技術人員應當做好應力轉化的計算分析工作，在分析計算環(huán)節(jié)，技術人員在前期工作的基礎上，采取有效措施，利用高斯積分點法，有效進行應力的轉化以及分析工作。從實際情況來看，應力的轉化主要通過內力來實現，基于這種實際，在實際的分析環(huán)節(jié)，技術人員充分借助于高斯積分點法，將應力轉化過程中，應力的位置以及內力大小進行分析，同時，使用軸力、剪力以及彎矩等參數，快速完成應力的轉化工作。通過這種方式，水工壓力隧道配筋計算工作得以有序進行，較為直觀地反映出水工壓力隧道配筋要求，為后續(xù)襯砌工作的開展準備了條件，大大增強了配筋的實用性，推動水工壓力隧道開發(fā)施工活動的有序開展。

3.3 ANSYS軟件配筋計算的基本方法

技術人員在實際的配筋計算環(huán)節(jié)，可以借助于必要的手段，充分利用軟件功能模塊設置，從前處理模塊、分析計算模塊以及后處理模塊等環(huán)節(jié)入手，扎實做好配筋計算工作。根據工作要求，在一定范圍內，進行建模處理，在確保建模效果的基礎上，提升建模質量，縮短建模周期，減少額外的費用支出，確保技術人員能夠快速完成建模處理，同時使用高斯積分點，對水工壓力隧道配筋環(huán)節(jié)，隧道拱頂、拱底以及隧道側邊的受力情況進行全面分析，進而完成襯砌承受的應力進行分析評估，并做好應力轉化計算工作。通過這種方式，能夠充分利用軟件優(yōu)勢，在短時間內，快速獲取計算分析結果，進而提升配筋計算的有效性以及針對性，為后續(xù)配筋工作的開展提供參考，同時也為水工壓力隧道施工活動的進行提供了便利。

4結語

為進一步做好水工壓力隧道配筋計算工作，文章以ANSYS軟件為突破口，通過有限元分析模型的構建，對水工壓力隧道鋼筋配置方案進行全面梳理，明確鋼筋配置特征以及要求。以此為切入點，從應力轉化等層面出發(fā)，切實做好水工壓力隧道配筋計算工作。

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