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空箱式挡墙结构有限元计算分析

汇报人：

2024-01-31

目录

contents

引言

有限元模型建立

结构静力分析

结构动力分析

参数化研究与优化设计

结论与展望

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引言

1

2

3

挡土墙作为一种重要的土木工程结构，被广泛应用于各种工程实践中，如道路、桥梁、隧道等。

挡土墙在土木工程中的广泛应用

空箱式挡墙结构作为一种新型的挡土墙结构形式，具有自重轻、节省材料、施工方便等优点，逐渐受到工程界的关注。

空箱式挡墙结构的优势

有限元方法作为一种数值分析方法，可以对复杂结构进行精细化分析，为空箱式挡墙结构的设计和优化提供有力支持。

有限元方法在结构分析中的应用

结构组成

空箱式挡墙结构主要由面板、背板、加劲肋和填充材料等组成，通过面板和背板承受土压力，加劲肋提高结构整体刚度。

工作原理

空箱式挡墙结构通过面板和背板将土压力传递至加劲肋和地基，利用结构的整体刚度和地基的承载能力来抵抗土压力。

应用范围

空箱式挡墙结构适用于各种地质条件和工程要求，特别适用于软土地基和填方较高的工程。

有限元方法的基本原理

有限元方法是一种基于变分原理和加权余量法的数值分析方法，通过将连续体离散化为有限个单元，对每个单元进行近似求解，再将各单元的结果组合起来得到整体结构的解。

有限元分析软件简介

目前市场上存在多种有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS、MSC等，这些软件具有强大的前处理、求解和后处理功能，可以对各种复杂结构进行精细化分析。

有限元方法在空箱式挡墙结构分析中的应用

利用有限元方法可以对空箱式挡墙结构进行静力分析、动力分析、稳定性分析等，为结构的设计和优化提供有力支持。同时，还可以模拟结构的施工过程，分析施工过程中的力学行为和变形情况。

02

有限元模型建立

假设挡墙结构为线弹性材料，忽略其塑性变形和损伤；

忽略挡墙与土体之间的滑移和脱离现象，认为两者完全接触；

将实际的三维问题简化为二维平面应变问题进行分析。

选择适当的弹性模量、泊松比和密度等参数，以反映其力学特性；

挡墙混凝土材料

钢筋材料

土体材料

根据设计要求选择合适的钢筋型号和弹性模量等参数；

根据地质勘察报告确定土体的弹性模量、泊松比、内摩擦角和粘聚力等参数。

03

02

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对挡墙结构和土体进行合适的网格划分，确保计算精度和效率；

网格划分

根据实际情况设置挡墙的约束条件，如底部固定、侧面约束等，并考虑土体的自重应力和侧向土压力等荷载。

边界条件设置

根据设计要求考虑不同的加载工况，如静力加载、动力加载等，并设置相应的荷载大小和加载位置；

选择合适的求解器进行求解，设置收敛准则和迭代次数等参数，确保计算结果的准确性和稳定性。

求解设置

加载方式

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结构静力分析

在静力作用下，挡墙顶部水平位移较小，且分布较为均匀，表明结构整体稳定性良好。

挡墙顶部水平位移

底部垂直位移较小，表明基础承载能力较强，结构竖向稳定性良好。

挡墙底部垂直位移

位移沿挡墙高度方向呈梯度变化，符合物理规律，表明有限元模型建立正确。

位移梯度变化

最大主应力主要出现在挡墙底部和支撑处，表明这些部位受力较大，需进行重点关注。

最大主应力分布

最小主应力分布较为均匀，未出现明显的应力集中现象，表明结构受力较为合理。

最小主应力分布

剪应力主要分布在挡墙的连接部位和支撑处，需对这些部位进行抗剪强度和稳定性验算。

剪应力分布

03

稳定性评估方法

可采用规范中的稳定性评估方法，如静力平衡法、能量法等，对挡墙结构进行稳定性评估。

01

结构变形特征

在静力作用下，挡墙结构变形较小，且变形形态符合物理规律，表明结构刚度较大，承载能力较强。

02

稳定性评估指标

根据有限元计算结果，可提取挡墙结构的稳定性评估指标，如位移比、应力比等，用于评估结构的稳定性。

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结构动力分析

模态分析定义

模态分析是研究结构动力特性的一种方法，通过求解结构振动方程的特征值和特征向量，得到结构的固有频率、阻尼比和模态振型。

模态分析目的

了解结构的固有振动特性，评估结构在不同频率下的振动响应，为结构优化设计提供依据。

固有频率与振型

空箱式挡墙结构的固有频率较低，且振型复杂，包括整体平移、扭转和弯曲等多种振动形式。

阻尼特性

空箱式挡墙结构的阻尼比较小，导致结构在振动过程中能量衰减较慢，容易产生较大的位移响应。

根据地震动参数和场地条件，选择合适的地震波作为输入，模拟地震作用对空箱式挡墙结构的影响。

地震波输入

通过计算结构在地震波作用下的加速度、速度和位移响应，得到结构的响应谱曲线，评估结构在不同频率下的振动响应。

响应谱分析

根据结构在地震波作用下的位移响应，评估空箱式挡墙结构的稳定性和安全性。

位移响应评估

通过计算结构在振动过程中的应力分布和最大值，评估空箱式挡墙结构的强度和耐久性。

应力响应评估