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[CATIA线束设计] 地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型

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levin2008 发表于 2019-3-18 11:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
levin2008
2019-3-18 11:00:00 374 0 看全部
  地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型,地下室外墙的传统计算模型是底端固接、上端铰接。但是,现阶段大部分工程地下室属于人防工程,或者为了植被顶板需要很厚的覆土,这就造成了地下室顶板的厚度大于甚至超过外墙的厚度。那么,这种情况下,传统的计算模型还适用吗?

  下面,我们通过一个具体的实例来探知究竟。

  二. 概况

  单建式地下室,柱网尺寸8.0X8.0m,层高3.4m,无梁楼板形式,顶板覆土2m。采用MidasGEN有限元分析计算,顶板和底板网格划分为0.5X0.5m,侧墙网格划分为0.5X0.34m。
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型90

  为了更好的符合实际情况,模型中建立底板,底板侧墙与底板按照实际情况不设刚接。底板支承采用Z向弹性支承,刚度系数根据地基土的基床系数换算得到。
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型67

  三. 计算结果

  1)顶板X向和Y向的弯矩等值线
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型98

  2)整体变形和顶板变形等值线
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型27 地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型71

  3)底板变形等值线
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型36

  从底板变形图可以看出,根据基床系数采用Z向弹性支承模拟土体的弹性模量是可行的。

  4)顶板、侧墙、底板局部变形图。
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型68

  从变形图中可以看出,侧墙变形向外凸起,并且无反弯点,与我们通常假定的计算简图严重背离。笔者截取了局部弯矩值,证明了上述的描述是正确的。

  5)外墙弯矩图,墙体外侧通长受拉
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型69

  四. 结论

  从上面的实例可以看出,当顶板承受相对大的荷载,从而造成顶板厚度与外墙厚度几乎相同时(线刚度接近),顶板的巨大弯矩可以沿着外墙向下传递,从而造成外墙外侧通长受拉。

  笔者将底板取消Z向弹性支承,外墙底部与基础固接,其余的条件不变,得到的结论是,外墙外侧大约上部2/3受拉,下部1/3受压。
   地下室外墙有限元分析实例——颠覆传统计算模型43

  笔者的结论是,传统的计算假定模型是不适用的,甚至说是错误的,而且错的离谱。

  那我们以后应该怎样设计?这就是问题的麻烦之处。但笔者认为,虽然循规蹈矩的做事,即使错了从而产生问题,人们也不会责怪你,因为有依据,即使是错误的依据。可如果这样做,我们的科学精神在哪里?用先进的知识去保持旧的传统,那我们学习有什么用呢?

  所以,坚持真理还是循规蹈矩?读者自己选择,我选择前者。

  五. 疑问

  那么,按照传统模型设计的地下室为什么没有出现工程事故呢?这个问题的确令人费解,我个人也没有想好。

  初步的判断是,有限元计算的结果时墙体外侧的弯矩在墙的大约中间部位最大,但由于墙体外侧的土体部分限制了墙体向外变形从而产生被动土压力而使得墙体外侧的受拉弯矩减小,设计者在该处的配筋即使小于按照有限元计算结果的配筋,也仍然可以满足实际需要,从而不会发生工程事故。也就是说,实际情况下,墙体外侧的土压力并非静止土压力,而是存在部分被动土压力。
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