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隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑大量涌現(xiàn)，在有限的占地面積中，建筑物高度密集，使人們從地上向地下發(fā)展，比如修建地鐵、地下商場、地下車庫等。這樣，深基礎(chǔ)工程就顯得尤為重要。對于高層建筑物地下巖土及其周圍復(fù)雜的環(huán)境，單依靠人工、人力去分析，無法全面、準(zhǔn)確地解決地下基礎(chǔ)問題，因此，需要借助于計算機技術(shù)，通過計算機程序解決深基礎(chǔ)工程中參數(shù)的數(shù)值有限元分析，以達(dá)到預(yù)期目的。
目前，國內(nèi)外對工程應(yīng)用型軟件的開發(fā)是一個熱點，大家都在積極推出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的商業(yè)應(yīng)用軟件，其中大多數(shù)均為通用軟件，使用范圍廣。但就高層建筑地下工程這一類復(fù)雜的、專業(yè)性很強的問題，通用軟件往往由于本構(gòu)模型及相關(guān)參數(shù)、變量缺乏等原因，無法實現(xiàn)整體工程的分析和模擬，因此，有必要針對深基礎(chǔ)工程進(jìn)行計算機軟件開發(fā)。在軟件開發(fā)過程中，FEM(Finite element method)是工程領(lǐng)域常用的數(shù)值模擬方法，即有限元方法。它是一種求解連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題的通用數(shù)值模擬方法，有著強大的實用性和廣泛性。與其他數(shù)值計算方法(如差分法、邊界元、有限元、無單元法等) 相比較，有限元的突出優(yōu)點是適于處理非線性、非均質(zhì)和復(fù)雜的邊界等問題。所以目前在水利、土木工程界開發(fā)一些工程類型針對性很強、人機交互方便、操作界面直觀、費用低廉、有自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用軟件，還是很有發(fā)展前景的。
自1966年美國的Clough和Woodward首先用有限元分析土壩以來，有限元在巖土工程中的應(yīng)用迅速發(fā)展，并取得了巨大進(jìn)展。有限元法的分析過程概括起來可分為以下6個步驟：
(1) 連續(xù)體的離散化。離散化即將給定的連續(xù)體分割成有限個單元體，并在單元體的指定點設(shè)置節(jié)點，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成一個單元的集合體，以代替原來的結(jié)構(gòu)。
(2) 選擇位移模式。
(3) 根據(jù)虛功原理，推導(dǎo)單元剛度矩陣，形成平衡方程。
(4) 集合所有單元的平衡方程，建立整體結(jié)構(gòu)的平衡方程。這個過程包括兩方面的內(nèi)容：一是將各個單元的剛度矩陣集合成整體剛度矩陣，二是將作用于各單元的等效節(jié)點力列陣。于是可得到平衡方程，然后引入幾何邊界條件，并按此適當(dāng)修改上述方程。
(5) 計算未知節(jié)點位移矢量。
(6) 由節(jié)點位移矢量計算單元應(yīng)力。
本程序是在借鑒國內(nèi)外眾多的有限元分析軟件包優(yōu)點的基礎(chǔ)上開發(fā)的三維非線性有限元分析程序。
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