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1、一、衬砌结构的计算模型隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相 关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作 用正是地下结构与地面结构的主要区别。根据本工程浅埋及松散地层的特点，使 用阶段结构安全性检算采用“荷载结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支 护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。支护结构与围 岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均 采用弹簧单元模拟。组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相 应的单元结点上。具体计算模型见图
2、 1。图1计算模型二、荷载计算 围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的方法进行确定(双线隧 道)或参照铁路隧道设计规范，深浅埋分别计算。三、配筋计算 结构强度检算和配筋计算应按照现行铁路隧道设计规范的方法进行。四、ANSYS操作过程1、更改路径和工作名2、进入前处理模块(preprocessor)(1) 定义单元类型 element type(2) 定义实常数 real constant(3) 定义材料参数 material props(4)定义梁的截面特性 sections(5)进入 modeling 进行建模，生成几何模型(6)进行网格划分 meshinga)给几何模型赋属性mesh
3、ingmesh attributepicked lines(7)施加弹性约束ModelCreatpiping modelsspring support定义弹性抗力系数K和距离所选结构节点的相对距离DX, DY, DZ。加弹簧：!水平，在y轴左侧为-0.3；在y轴右侧为0.3 *do,i,10,31a=150000000 k=a*abs(ny(i+1)-ny(i-1)/2psprng,i,tran,k, -0.3, ,*enddo!竖向*do,i,10,31a=150000000 k=a*abs(nx(i+1)-nx(i-1)/2psprng,i,tran,k, , -0.3,*enddo3、进
4、入求解器 solution(1) 定义分析类型 analysis typenew analysisstatic(2) 定义荷载 define loads(3) 设置荷载添加形式settingreplace vs addforce，按如下图示设置(4)施加等效节点力define loadsapplyforce (编程实现)(5)施加重力define loadsapplyinertiagravityglobal(6)求解计算Solvecurrent LS4、后处理(general postproc)(1)读入结果Read resultslast set(2) 查看变形图，(plot results
5、deformed shape)检查弹簧约束范围是否正确(所有 弹簧均应受压，即处于抗力区)否则添加或删除弹簧单元，重新计算。(3) 定义单元表Element tabledefine table，出现对话框后点击add按钮，出现下列对话框：选择by sequence num并在右下角SMISC，后分别键入数字“6后点击apply按 钮。重复上述操作并分别键入数字“ 12”和“1”和，点击0K,完成弯矩和轴 力的定义。(4)查看内力图plot resultscontour plotline elem res， 查看弯矩云图查看轴力图(5)存储显示图形Plotctrlscapture image，将
6、文件另存即可。(6)列表显示计算结果List resultselem table data 出现对话框，选择单元表定义的内容，点击 ok。然后将文件另存即可。附注：加载程序示意1.均布荷载(1)y 方向荷载施加*do， i， 1， 10a=q*abs(nx(i)-nx(i+1)/2 f, i, fy, af, i+1, fy, a *enddo(2)x 方向荷载施加*do, i, 1, 10 a=q*abs(ny(i)-ny(i+1)/2 f, i, fx, a f, i+1, fx, a *enddo 2.梯形荷载 *set,shuxiang,292608.9 *set,shangce,78
7、149.5 *set,xiace,127057.6!竖向荷载*do,i,5,18 a=-shuxiang*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1) f,i+1,fy,af,i,fy,a *enddo！3 指梯形上底对应的节点号！12 指梯形下底对应的节点号*do,i,3,11a=abs(ny(i)-ny(3)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(3)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-
8、ny(i+1)*enddo*do,i,22,26a=abs(ny(i)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddoa=abs(ny(1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(3)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,
9、3,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,1,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)a=abs(ny(1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(22)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,22,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,1,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)!右水平荷载*do,i,12,20 a=abs(ny(i)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shang
10、ce b=abs(ny(i+1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,-(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,i,fx,-(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddo*do,i,27,31 a=abs(ny(i)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,-(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,i,fx,-(a/3+b/6)
11、*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddoa=abs(ny(2)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(21)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,21,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,2,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)a=abs(ny(2)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(32)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,32,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,2,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)上述程序中，i为节点号，q为竖向围岩压力，a为等效节点力计算中间值, nx(i)为i节点的水平坐标值，竖直坐标用ny(i)表示。
隧道衬砌结构强度检算讲义
