ansys隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力實(shí)例分析

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1、ANSYS隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力實(shí)例分析3.3ANSYS隧道結(jié)構(gòu)受力實(shí)例分析3.3.1ANSTS隧道結(jié)構(gòu)受力分析步驟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?chē)鷰r土體本身的約束，從某種意義上講，圍巖也是地下結(jié)構(gòu)的荷載，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)體系一般按照荷載—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。再借助有限元軟件（如ANSYS）實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的受力分析。ANSY

2、S隧道結(jié)構(gòu)受力分析步驟：1．荷載—結(jié)構(gòu)模型的建立2．創(chuàng)建物理環(huán)境3．建立模型和劃分網(wǎng)格4．施加約束和荷載5．求解6．后處理（對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析）3.3.1.1荷載—結(jié)構(gòu)模型的建立本步驟不在A(yíng)NSYS中進(jìn)行，但該步驟是進(jìn)行ANSYS隧道結(jié)構(gòu)受力分析前提。只要在施工過(guò)程中不能使支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖保持緊密接觸，有效地阻止周?chē)鷰r體變形而產(chǎn)生松動(dòng)壓力，隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)就應(yīng)該按荷載—結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)算。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過(guò)彈性支撐對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束來(lái)體現(xiàn)的。本步驟主要包含2項(xiàng)內(nèi)容：u選擇荷載—結(jié)構(gòu)模型u計(jì)算荷載1．選擇荷載—結(jié)構(gòu)模型荷載—結(jié)構(gòu)模型雖然都是以承受巖體松動(dòng)、崩塌而產(chǎn)

3、生的豎向和側(cè)向主動(dòng)壓力為主要特征，但對(duì)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的處理上，大致有三種做法：（1）主動(dòng)荷載模型此模型不考慮圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)在主動(dòng)荷載作用下可以自由變形，其計(jì)算原理和地面結(jié)構(gòu)一樣。此模型主要適用于軟弱圍巖沒(méi)有能力去約束襯砌變形情況，如采用明挖法施工的城市地鐵工程及明洞工程。（2）主動(dòng)荷載加被動(dòng)荷載（彈性抗力）模型此模型認(rèn)為圍巖不僅對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加主動(dòng)荷載，而且由于圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，還會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束反力。因?yàn)樵诜蔷鶆蚍植嫉闹鲃?dòng)荷載作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分將發(fā)生向著圍巖方向的變形，只要圍巖具有一定的剛度，就會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反作用

4、力來(lái)約束它的變形，這種反作用力稱(chēng)為彈性抗力。而支護(hù)結(jié)構(gòu)的另一部分則背離圍巖向著隧道內(nèi)變形，不會(huì)引起彈性抗力，形成所謂“脫離區(qū)”。這種模型適用于各種類(lèi)型的圍巖，只是所產(chǎn)生的彈性抗力不同而已。該模式廣泛地應(yīng)用于我國(guó)鐵路隧道，基于這種模式修建了好幾千公里的鐵路隧道，并且在實(shí)際使用中，它基本能反映出支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況。（3）實(shí)際荷載模型這種模型采用量測(cè)儀器實(shí)地量測(cè)到的作用在襯砌上的荷載值代替主動(dòng)荷載模型中的主動(dòng)荷載。實(shí)地量測(cè)的荷載值包含圍巖的主動(dòng)壓力和彈性抗力，是圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的綜合反映。切向荷載的存在可以減小荷載分布的不均勻程度，從而改善結(jié)構(gòu)的受力情況。但要注意

5、的是，實(shí)際量測(cè)的荷載值，除與圍巖特性有關(guān)外，還取決與支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度及支護(hù)結(jié)構(gòu)背后回填的質(zhì)量。2．計(jì)算荷載目前隧道結(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，可見(jiàn)表2-2。進(jìn)行ANSYS隧道結(jié)構(gòu)受力分析時(shí)，一般要進(jìn)行計(jì)算以下幾種隧道荷載：（1）圍巖壓力圍巖壓力是隧道最主要的荷載，主要根據(jù)相關(guān)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于鐵路隧道，可以根據(jù)〈〈鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范〉〉進(jìn)行計(jì)算。（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)自重支護(hù)結(jié)構(gòu)自重可按預(yù)先擬定的結(jié)構(gòu)尺寸和材料容重計(jì)算確定。（3）地下水壓力在含水地層中，靜水壓力可按照最低水位考慮。（4）被動(dòng)荷載被動(dòng)荷載即圍巖的彈性抗

6、力，其大小常用以溫克列爾假定為基礎(chǔ)的局部變形理論來(lái)確定。該理論認(rèn)為圍巖彈性抗力與圍巖在該點(diǎn)的變形成正比，用公式表示為：(3-14)式中：——圍巖表面上任意一點(diǎn)的壓縮變形，單位——m；u——圍巖在同一點(diǎn)的所產(chǎn)生的彈性抗力，單位——Mpa；u——圍巖彈性抗力系數(shù)，單位——Mpa/m。u對(duì)于列車(chē)荷載、地震力等其它荷載，一般情況可以忽略不計(jì)算。3.3.1.2創(chuàng)建物理環(huán)境在定義隧道結(jié)構(gòu)受力分析問(wèn)題的物理環(huán)境時(shí)，進(jìn)入ANSYS前處理器，建立這個(gè)隧道結(jié)構(gòu)體的數(shù)學(xué)仿真模型。按照以下幾個(gè)步驟來(lái)建立物理環(huán)境：1、設(shè)置GUT菜單過(guò)濾如果你希望通過(guò)GUI路徑來(lái)運(yùn)行ANSYS，當(dāng)ANSYS被激

7、活后第一件要做的事情就是選擇菜單路徑：MainMenu>Preferences，執(zhí)行上述命令后，彈出一個(gè)如圖3-2所示的對(duì)話(huà)框出現(xiàn)后，選擇Structural。這樣ANSYS會(huì)根據(jù)你所選擇的參數(shù)來(lái)對(duì)GUI圖形界面進(jìn)行過(guò)濾，選擇Structural以便在進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)受力分析時(shí)過(guò)濾掉一些不必要的菜單及相應(yīng)圖形界面。2、定義分析標(biāo)題（／TITLE）在進(jìn)行分析前，可以給你所要進(jìn)行的分析起一個(gè)能夠代表所分析內(nèi)容的標(biāo)題，比如“TunnelSupportStructuralAnalysis”，以便能夠從標(biāo)題上與其他相似物理幾何模型區(qū)別。用下列方法定義分析標(biāo)題。命令