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(guò)程數(shù)值試驗(yàn)》題目名稱：隧道開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析姓名：XXX班級(jí)：XXX學(xué)號(hào)：XXX指導(dǎo)教師：XXX日期：XXX《工程結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程數(shù)值試驗(yàn)》課程編號(hào)：課程名稱：工程結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程數(shù)值試驗(yàn)學(xué)生班級(jí)：學(xué)號(hào)：目錄：1.題目12.問題描述13.數(shù)值分析對(duì)象，計(jì)算目的和擬解決的關(guān)鍵問題24.軟件扼要介紹；確定運(yùn)用的模型及其參數(shù)。25.計(jì)算模型邊界條件與初始條件36.模擬荷載及荷載的動(dòng)態(tài)變化67.確定計(jì)算的收斂評(píng)判依據(jù)88.考察各環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化的合理性89.模型中與水的相互作用810.求解運(yùn)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(hù)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(hù)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(jí)，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(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖隧道圍巖級(jí)別是IV級(jí)，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(jí)圍巖223001.50.32290.35C30鋼筋混凝土25-300.2542.4213表2載荷計(jì)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(guò)ANSYS添加200000根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，可計(jì)算出深埋隧道圍巖的垂直均布力和水平均布力，見表2。對(duì)于豎向和水平的分布載荷，其等效節(jié)點(diǎn)力分別近似取節(jié)點(diǎn)兩相鄰單元水平或垂直投影長(zhǎng)度的一般襯砌計(jì)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(guò)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(diǎn)力，

4、分解為水平豎直方向加載。3.數(shù)值分析對(duì)象，計(jì)算目的和擬解決的關(guān)鍵問題為了保證隧道施工和運(yùn)行時(shí)間的安全性，必須對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)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(shí)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(lái)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。當(dāng)前，對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)體系一般按照載荷—結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行演算，按照此模型設(shè)計(jì)的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)偏于保守。再借助于有限元軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的受力分析。4.軟件扼要介紹；確定運(yùn)用的模型及其參數(shù)。ANSYS軟件

5、是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)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(jī)械制造、能源、汽車交通、國(guó)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(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單方便，現(xiàn)在已成為國(guó)際最流行的有限元分析軟件，在歷年的FEA評(píng)比中都名列第一。本次模擬運(yùn)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(dòng)、崩塌而產(chǎn)生的豎向和側(cè)向主動(dòng)壓力為主要特征，但在對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的處理上，大致有三種做法：（1）主動(dòng)荷載模型（2）主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷載（彈性抗力）模型（3）實(shí)際荷載模型

6、。隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采用主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷載模型，作用在隧道襯砌上的荷載分為主動(dòng)荷載和被動(dòng)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(jí)，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(jì)算模型邊界條件與初始條件圖2單元類型庫(kù)對(duì)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(shí)常數(shù)1對(duì)話框隧道腰部和頂部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁?jiǎn)卧臋M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(shí)常數(shù)2對(duì)話框13隧道腰部和頂部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁?jiǎn)卧臋M截面積AREA：0.85、慣性矩IZZ：0.05117833、高度HEIGHT：0.85圖5COMBIN14實(shí)常數(shù)對(duì)話框（1）創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)：表3關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)XYZ關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)XYZ100054.025.50203.85064.93.85030.885.5074.90042.456.150⑵創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)線模型圖6畫弧線對(duì)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