《midas GTS NX 地铁、隧道专题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《midas GTS NX 地铁、隧道专题（35页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、midas GTS NX岩土和隧道有限元分析软件岩土和隧道有限元分析软件 V200北京迈达斯技术有限公司技术中心邓成豪 地铁、隧道专题地铁、隧道专题2015工程说明：工程说明：工程包括工程包括14km14km隧道隧道,7,7个车站和大个车站和大约约300300万万mm33岩料（挖掘），隧道和岩料（挖掘），隧道和车站通过挖掘和爆破形式实现，支车站通过挖掘和爆破形式实现，支护形式采用喷锚结构，赫尔辛基地护形式采用喷锚结构，赫尔辛基地铁站和区间线部分位于海平面以下，铁站和区间线部分位于海平面以下，地铁线多段位于市区（建有高层建地铁线多段位于市区（建有高层建筑及重要结构物）下方。筑及重要结构物）下方。
2、位移云图位移云图车站车站-管线管线-荷载计算模型荷载计算模型工程说明：工程说明：为了确保直径线预埋段二次衬砌施工的安为了确保直径线预埋段二次衬砌施工的安全性，对预埋全性，对预埋段的段的支撑拆除进行了施工力支撑拆除进行了施工力学分析。计算的主要目的是分析支撑拆除学分析。计算的主要目的是分析支撑拆除过程中边桩和未拆除的支撑（柱）的稳定过程中边桩和未拆除的支撑（柱）的稳定性，以确保施工过程中的安全性，以确保施工过程中的安全。施工工况：施工工况：11）拆除该段的临时柱或临时竖向支撑）拆除该段的临时柱或临时竖向支撑；22）施工该段的仰拱）施工该段的仰拱；33）拆除该段的水平支撑）拆除该段的水平支撑；44
3、）施工边墙和顶板。）施工边墙和顶板。断面图断面图临时结构计算临时结构计算模型模型拆拆除竖撑竖向位移：除竖撑竖向位移：8.12mm8.12mm施作仰拱竖向位移：施作仰拱竖向位移：9.91mm9.91mm拆除横撑竖向位移：拆除横撑竖向位移：9.73mm9.73mm施作边墙竖向位移：施作边墙竖向位移：12.44mm12.44mm桩的侧向位移桩的侧向位移边桩和支撑弯矩边桩和支撑弯矩边桩和支撑轴力边桩和支撑轴力工程说明工程说明：某地铁线区间某地铁线区间为为大跨大跨段，段，采用采用PBAPBA工工法施工。大法施工。大跨段跨段PBAPBA工法结构断面如图工法结构断面如图22所示。区间结构埋深约所示。区间结构
4、埋深约7.6m7.6m，开挖面净跨开挖面净跨15.4m15.4m，高，高10.405m10.405m。两侧小导洞净跨。两侧小导洞净跨3.6m3.6m，小导洞内施作，小导洞内施作1200200012002000人工挖孔桩，拱顶人工挖孔桩，拱顶施作施作1591591010大管棚，分部开挖扣拱，下挖至底板后大管棚，分部开挖扣拱，下挖至底板后由下而上顺作二衬。由下而上顺作二衬。沿沿区间隧道走向，结构上部有多条管线，侧向有一小区间隧道走向，结构上部有多条管线，侧向有一小型隧道。受影响较大的有型隧道。受影响较大的有10001000雨水管（距导洞拱顶径雨水管（距导洞拱顶径向距离为向距离为7.8m7.8m）、
5、）、14001400上水管（距主洞拱顶径向距上水管（距主洞拱顶径向距离为离为6.0m6.0m）、）、700700500500电信（距主洞拱顶径向距离为电信（距主洞拱顶径向距离为6.8m6.8m）、）、800800上水管（距导洞拱顶径向距离为上水管（距导洞拱顶径向距离为9.7m9.7m）、）、1800180023002300电力隧道（距导洞拱顶径向距离为电力隧道（距导洞拱顶径向距离为9.1m9.1m），），还有一些直径较小的天然气管和上水管。区间隧道与管还有一些直径较小的天然气管和上水管。区间隧道与管线及小型隧道的位置关系线及小型隧道的位置关系如如左左图所图所示。示。PBAPBA工工法结构法结构
6、断面及地层分布（单位：断面及地层分布（单位：mmmm）GTSGTS计算模型计算模型二衬与管线位置二衬与管线位置关系图关系图主洞二衬完成后的地表沉降主洞二衬完成后的地表沉降45.75mm45.75mm主洞二衬完成后的管线沉降（电力隧道主洞二衬完成后的管线沉降（电力隧道2.41mm2.41mm）电力隧道主洞二衬完成后的支护结构主洞二衬完成后的支护结构沉降沉降主洞初支：主洞初支：74mm74mm边桩：边桩：11mm11mmPBAPBA工法（二衬顺作）边桩工法（二衬顺作）边桩水平位移水平位移：最大值：最大值10mm10mm弯矩弯矩305KNm305KNmPBAPBA工法（二衬顺作）边工法（二衬顺作）边
7、桩桩内力内力剪力剪力323KN323KN轴力轴力2792KN2792KN工程说明工程说明：某某地铁工程地铁工程，考虑地震动对车，考虑地震动对车站的影响，需要进行动力计算。站的影响，需要进行动力计算。场地地震等级为场地地震等级为E2E2，重现年期，重现年期475475年，对应概率水准为年，对应概率水准为5050年超年超越概率越概率10%10%的设计地震动参数的设计地震动参数。计算计算模型各土层所采用参数模型各土层所采用参数参参考考相应相应勘察勘察报告。计算采用三维报告。计算采用三维地层地层-结构动力相互作用模型，结构动力相互作用模型，计算模型的侧面人工边界距地下计算模型的侧面人工边界距地下结构的
8、距离为结构的距离为64.35m64.35m，底面人，底面人工边界宜取至结构底板以下工边界宜取至结构底板以下15m15m，上部边界取至地表。模型尺寸，上部边界取至地表。模型尺寸为：为：250*150*45250*150*45，模型边界为，模型边界为粘弹性吸收边界，其计算模型及粘弹性吸收边界，其计算模型及结果如下。结果如下。计算模型计算模型GTSGTS计算结果计算结果典型断面典型断面绝对位移（断面绝对位移（断面11）说明说明：为进一步分析车站穿越不均匀地层时地震反应，分别对车站结构纵向及横各进行构件分析。此报告中，只选取横向为进一步分析车站穿越不均匀地层时地震反应，分别对车站结构纵向及横各进行构件
9、分析。此报告中，只选取横向结结构构某一截面（典型断面某一截面（典型断面11）计算结果）计算结果。地震工况有水弯矩地震工况有水弯矩地震工况有水剪力地震工况有水剪力说明说明：通过读取所选择断面的横向位移，将时程分析得到的结构相对变形（取结构底板处变形为通过读取所选择断面的横向位移，将时程分析得到的结构相对变形（取结构底板处变形为00），采用荷载、位移），采用荷载、位移-结构结构模型，对各构件进行强度模型，对各构件进行强度验算验算。工程说明工程说明：隧道全长隧道全长175m175m，其中暗，其中暗洞段长洞段长143m143m，属短隧道。，属短隧道。隧道最大埋深隧道最大埋深23m23m，地，地质条件为
10、质条件为级围岩，最级围岩，最大开挖跨度大开挖跨度32.2m32.2m，属，属软弱围岩大跨隧道。软弱围岩大跨隧道。荷载结构法计算模型荷载结构法计算模型二衬水平变形二衬水平变形二衬弯矩二衬弯矩中隔墙竖向位移中隔墙竖向位移中中隔墙水平位移隔墙水平位移地层损失法计算模型地层损失法计算模型第一主应力第一主应力地层竖向位移地层竖向位移第三主应力第三主应力工程说明工程说明：某隧道（马德里某隧道（马德里3030公里处）公里处）TBM-EPBTBM-EPB技术技术应用。应用。主要目的是介绍一种基于有限元理论的主要目的是介绍一种基于有限元理论的3D3D数值计算方法，该方数值计算方法，该方法主要用来预测法主要用来预
11、测TBMTBM掘进过程中的影响。掘进过程中的影响。隧道、地铁结构设计方法及NX实现Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings地下建筑结构的设计计算方法一般分类我国设计计算方法一般分以下4类：工程类比法（严格说并非计算方法）荷载结构法：主动荷载、主动荷载+弹性抗力地层结构法：共同承载，连续介质理论。收敛限制法：属地层结构法，弹塑-粘性理论数值法、解析法可用于上列后3种方法的任意一种计算模型：平面模型、空间模型Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineer
12、ings荷载结构法的定义荷载结构法认为：地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力）以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法称为荷载结构法，该方法有时又称为结构力学法。在节点的六个自由度方向（三个轴向的位移和三个转角位移方向）上都可以输入弹性支承单元。其中，平移刚度为发生单位位移时所施加的力的大小，转角刚度是发生单位转角时所施加的弯矩的大小。点弹簧主要用于模拟模型边界上没有建模的那部分土体或结构的影响。在实际工程中，平移支承通常用来模拟结构下部桩(Pile)或地基的刚度。地基弹簧系数可使用地基基床系数(Modulus ofSubgrade React
13、ion)乘以相应节点的从属面积(TributaryArea)计算而得，应该注意地基只能抵抗压力的作用。Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings如下图所示，在边长度为5m的两个正方形单元边界上建立面弹簧，当输入100tonf/m3的地基反力系数时，第一个节点和最后一个节点的有效面积为2.5m2，中间节点的有效面积是5m2，弹簧刚度为地基反力系数乘以有效面积，自动计算的两端节点和中间的弹簧刚度分别为250tonf/m、500tonf/m。Integrated Solution for Geotechnical and
14、Tunnel EngineeringsIntegrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineerings 曲面弹簧可以自动生成固定约束边界条件，而弹性连接还要自己手动生成。仅压、仅拉弹簧不可以做施工阶段分析，而一般弹簧可以做施工阶段分析。做施工阶段分析时可采用一般弹簧代替仅压、仅拉弹簧：x向弹簧常量设为既定值，其余弹簧常量设为0。做结构荷载法分析时，用仅压、仅拉弹簧要注意结构是不是非稳定情况。如图6所示要在合适的位置加一x向约束。Integrated Solution for Geotechnical and Tunnel Engineer
15、ings与地层结构法的区别地层结构法：由于地层结构法相对荷载结构法，充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用。结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际。因此，在今后的研究和发展中地层结构法将得到广泛应用和发展。适用性强（各种地层、洞室，非线性，施工过程等）；缺点：本构关系难以准确给出。输入参数不正确，则给出错误结果。边界条件 模型边界支承土分析时的边界约束条件:一般岩土分析的地基约束如下图所示，在左右两侧约束X方向的平动自由度在底部约束X、Z两个方向的平动自由度。用户手动定义岩土的约束条件较为繁琐，因此建议使用“考虑所有单元网格组”选项，由程序自动搜索边界生成合适的边界条件。北京迈达斯技术有限公司THANKU
midas GTS NX 地铁、隧道专题
