隧道結(jié)構(gòu)受力分析(提交)

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1、《工程結(jié)構(gòu)破壞過程數(shù)值試驗》題目名稱：隧道開挖支護結(jié)構(gòu)受力分析姓名：XXX班級：XXX學(xué)號：XXX指導(dǎo)教師：XXX日期：XXX《工程結(jié)構(gòu)破壞過程數(shù)值試驗》課程編號：課程名稱：工程結(jié)構(gòu)破壞過程數(shù)值試驗學(xué)生班級：學(xué)號：目錄：1.題目12.問題描述13.數(shù)值分析對象，計算目的和擬解決的關(guān)鍵問題24.軟件扼要介紹；確定運用的模型及其參數(shù)。25.計算模型邊界條件與初始條件36.模擬荷載及荷載的動態(tài)變化67.確定計算的收斂評判依據(jù)88.考察各環(huán)節(jié)簡化的合理性89.模型中與水的相互作用810.求解運算811.確定后處理方法或反分析912.數(shù)值分析結(jié)果121.題目隧道開挖支護結(jié)

2、構(gòu)受力分析2.問題描述選取某新建鐵路線上的隧道斷面，該斷面采用的支護結(jié)構(gòu)如圖1所示。為保證結(jié)構(gòu)的安全性，采用了載荷-結(jié)構(gòu)模型。主要參數(shù)如下：⑴隧道腰部和頂部襯砌厚度是65mm，隧道仰拱襯砌厚度為85cm；⑵采用C30鋼筋混凝土為襯砌材料；⑶隧道圍巖是IV級，洞跨是5.36m，深埋隧道；⑷隧道仰拱下承受水壓，水壓0.2MPa。圖1隧道支護結(jié)構(gòu)斷面圖隧道圍巖級別是IV級，其物理力學(xué)指標(biāo)及襯砌材料C30鋼筋混凝土的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。表1C30鋼筋混凝土的物理力學(xué)指標(biāo)名稱容重（KN/m3）彈性抗力系數(shù)K（MPa/m）彈性模量E（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（。）凝聚力C（M

3、Pa）IV級圍巖223001.50.32290.35C30鋼筋混凝土25-300.2542.4213表2載荷計算表載荷種類圍巖壓力結(jié)構(gòu)自重水壓（N/m3）垂直均布力（N/m3）水平均布力（N/m3）值8022516045通過ANSYS添加200000根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》，可計算出深埋隧道圍巖的垂直均布力和水平均布力，見表2。對于豎向和水平的分布載荷，其等效節(jié)點力分別近似取節(jié)點兩相鄰單元水平或垂直投影長度的一般襯砌計算寬度這一面積范圍內(nèi)的分布載荷的總和。自重載荷通過ANSYS程序直接添加密度施加。隧道仰拱部受到的水壓0.2MPa按照徑向方向再置換為等效節(jié)點力，

4、分解為水平豎直方向加載。3.數(shù)值分析對象，計算目的和擬解決的關(guān)鍵問題為了保證隧道施工和運行時間的安全性，必須對隧道結(jié)構(gòu)進行受力分析。由于隧道結(jié)構(gòu)是在地層中修建的，其工程特性、設(shè)計原則及方法與地面結(jié)構(gòu)是不同的，隧道結(jié)構(gòu)的變形受到周圍巖土體本身的約束。從某種意義上講，圍巖也是地下結(jié)構(gòu)的載荷，同時也是結(jié)構(gòu)本身的一部分。因此，不能完全采用地面結(jié)構(gòu)受力分析方法來對隧道結(jié)構(gòu)進行分析。當(dāng)前，對隧道支護結(jié)構(gòu)體系一般按照載荷—結(jié)構(gòu)模型進行演算，按照此模型設(shè)計的隧道支護結(jié)構(gòu)偏于保守。再借助于有限元軟件實現(xiàn)對隧道結(jié)構(gòu)的受力分析。4.軟件扼要介紹；確定運用的模型及其參數(shù)。ANSYS軟件

5、是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ANSYS功能強大，操作簡單方便，現(xiàn)在已成為國際最流行的有限元分析軟件，在歷年的FEA評比中都名列第一。本次模擬運用模型為載荷—結(jié)構(gòu)模型。載荷—結(jié)構(gòu)模型雖然都是以承受巖體松動、崩塌而產(chǎn)生的豎向和側(cè)向主動壓力為主要特征，但在對圍巖和支護結(jié)構(gòu)相互作用的處理上，大致有三種做法：（1）主動荷載模型（2）主動荷載加被動荷載（彈性抗力）模型（3）實際荷載模型

6、。隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計一般采用主動荷載加被動荷載模型，作用在隧道襯砌上的荷載分為主動荷載和被動荷載。主要參數(shù)如下：⑴隧道腰部和頂部襯砌厚度是65mm，隧道仰拱襯砌厚度為85cm；⑵采用C30鋼筋混凝土為襯砌材料；⑶隧道圍巖是IV級，洞跨是5.36m，深埋隧道；⑷隧道仰拱下承受水壓，水壓0.2MPa。135.計算模型邊界條件與初始條件圖2單元類型庫對話框定義單元類型為“beam3單元”。圖3定義隧道腰部和頂部BEAM3實常數(shù)1對話框隧道腰部和頂部襯砌支護結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA：0.65、慣性矩IZZ：0.022885417、高度HEIGHT：0.65；圖4

7、定義隧道腰部和頂部BEAM3實常數(shù)2對話框13隧道腰部和頂部襯砌支護結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA：0.85、慣性矩IZZ：0.05117833、高度HEIGHT：0.85圖5COMBIN14實常數(shù)對話框（1）創(chuàng)建隧道襯砌支護關(guān)鍵點：表3關(guān)鍵點坐標(biāo)關(guān)鍵點號XYZ關(guān)鍵點號XYZ100054.025.50203.85064.93.85030.885.5074.90042.456.150⑵創(chuàng)建隧道襯砌支護線模型圖6畫弧線對話框分別在圖6欄中依次輸入3.21，2，3，6；2.22，3，4，6；2.22，4，5，2；3.21，5，6，2；8.13，6，7，2；6，

8、7，1，4。最后單擊OK