城市地下管廊结构设计软件用户操作手册

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1、城市地下管廊结构设计软件用户操作手册北京云 庐 科技有限公司2016 年 02 月目 录1 概述11.1 适用范围11.2 开发工具11.3 编制依据及参考文献 12软件概述22.1 运行环境规定 22.2 软件总体设计流程22.3 主要功能及特点43界面说明. 43.1 主界面说明43.2 工具栏说明63.3 功能区说明63.4 三维展示区说明74隧道参数输入 84.1 几何参数输入84.2 衬砌材料参数输入134.3 荷载参数输入 154.4 加固圈参数输入154.5 土层参数输入164.6 有限元分段参数输入165计算结果 175.1 内力计算结果175.2 配筋计算结果185.3 裂缝

2、计算195.4 斜截面受剪验算205.5 抗压与抗裂验算 215.6 图形结果245.7 计算书256施工图输出 267系统参数配置. 298错误提示及处理 301概述随着城市地下管廊的规划建设，管廊结构分析与设计越来越受到重视。目前，隧 道工程中使用工程类比设计法，国内还没有专门的管廊或者隧道结构设计软件，故有 必要开发城市地下管廊结构设计软件，以提高结构的安全性、经济性指标。1.1 适用范围本项目适用于多种形式的暗挖法、明挖法、顶管法和盾构法施工的城市地下管廊 道结构形式的计算分析。该软件以国内相关规范为依据，实现了暗挖法、明挖法、顶管法和盾构法施工的隧道区间段、竖井、三（四）通结构的荷载

3、-结构模型和地层-结构模型的静力分析设计。 该软件能够进行作用于隧道结构上的地层压力荷载、水压力、车辆荷载等荷载的计算 和组合；实现了隧道区间段、三（四）通结构、竖井的内力分析计算功能；实现结构 构件配筋计算及裂缝验算功能；提供三维视图动态展示和计算书查看等功能；完成施 工图绘制及材料量汇总。1.2 开发工具本系统使用c#基础编程语言，采用可视化开发工具 Visuial Studio 2010编写核心算 法 ，软件运行环境为 WINDOWS平台，程序计算完成后自动输出 APDL文件，在 ANSYS环境下进行电缆隧道结构内力计算。1.3 编制依据及参考文献1）城市综合管廊工程技术规范2）铁路隧道

4、设计规范3）公路隧道设计规范4）地铁设计规范5）电力电缆隧道设计规程6）公路桥涵设计通用规范7）给水排水工程管道结构设计规范8）纤维混凝土结构技术规程9）钢纤维混凝土结构设计与施工规程2软件概述2.1 运行环境规定2.1.1 硬件要求本软件要求在| PC 及其兼容机上运行，要求奔腾1GHz以上CPU, 512兆以上内 存，独立显卡，40G以上硬盘。2.1.2 软件要求操作系统： Windows XP、Windows 2003/200& Windows 7/Vista运行环境：.net framework 4.0框架接口软件：ANSYS有限元分析软件,AutoCAD制图软件输出格式：工程文件为X

5、ML格式，计算书为 Word格式，数据文件为Excel格式。2.2 软件总体设计流程该软件设计流程为图2.2-1所示。图2.2-1软件总体设计流程图2.3 主要功能及特点1）支持暗挖法、明挖法、顶管法和盾构法施工的城市地下管廊结构形式的计算分 析。2）支持带有直（曲）边墙、有（无）仰拱、上下洞、左右洞的管廊和竖井等工程 中采用的各种结构形式的荷载-结构二维模型的计算分析。3）支持区间段二维模型和三维模型、以及丁字交叉隧道段（三通）和十字交叉隧 道段（四通）结构三维模型等多种结构形式的计算分析。4）支持荷载-结构法和地层-结构法等两种内力计算方法。5）支持普通喷射混凝土、钢纤维喷射混凝土、模筑混

6、凝土等多种混凝土材料选择。6）地层压力荷载可按照全土柱、普氏理论、泰沙基理论、比尔鲍曼公式、谢家休 公式、铁路隧道设计规范中的概率极限状态法、铁路隧道设计规范破损阶段 法或容许应力法、电力电缆隧道设计规程中的公式进行计算。7）水压力按照地铁设计规范中的方法进行计算。车辆荷载按照给水排水工 程管道结构设计规范中的方法进行计算。8）可根据电力电缆隧道设计规程、铁路隧道设计规范、混凝土结构设计规范分别进行截面验算、配筋计算和裂缝验算。9）支持建模过程中的实时三维显示，支持弯矩、轴力等内力云图的显示。10）支持word格式的计算书输出，输出内容包括所有输入参数、荷载计算结果、 内力计算结果、截面验算及

7、配筋计算结果。11）实现AutoCAD支持格式断面图、配筋图、钢架图等施工图的输出功能，施工 图内容包括各部分的详细构造、材料汇总表、施工说明、签署栏等。3界面说明3.1 主界面说明启动软件后，弹出起始界面，如下图 3.1-1所示。主界面显示了可供分析的隧道结 构类型，隧道结构类型包括：荷载结构明挖二维、荷载结构明挖三通、荷载结构明挖 四通、荷载结构暗挖二维、荷载结构暗挖三通、荷载结构暗挖四通、荷载结构竖井二 维、地层结构暗挖二维、地层结构暗挖三维、地层结构竖井三维。图3.1-1起始界面首先，点击工具栏的新建按钮新建工程，弹出新建工程界面，如图 3.1-2所示。新 建同行吃呢高界面需要输入工程

8、名称，并且选择工程的储存目录。图3.1-2 新建工程界面输入工程信息后，点击确定按钮，进入软件的主界面，如图 3.1-3所示图3.1-3主界面3.2 工具栏说明本软件的工具栏如图3.2-1所示，工具栏包括工程区、参数输入区、计算区、施工 图区、其他区图3.2-1菜单与工具栏【工程区】：包含工程的新建、打开、合并。【参数输入区】：包含几何参数、材料参数、荷载参数、加固圈参数、地层参数、 有限元分段参数。【计算区】：包含计算、内力结果、配筋结果、裂缝结果、验算结果、图形结果、 计算书等。【施工图区】：包含断面参数、配筋参数、钢架参数、绘制施工图。【施工图区】：包含帮助、配置、退出。3.3 功能区说

9、明功能区用于工程包含断面的管理，包括工程的添加、编辑、删除、复制、黏贴等功 能。功能区界面如图3.3-1所示。 一 荷载结构明挖四通结构1荷郭靖构明挖二维荷载结构明府三通荷载靖构暗摆二维 荷载结构暗挖三通 荷载结构暗挖四通 地层结构暗挖二维 地层构暗挖三维荷载结构竖井二维 地层结构竖井三维图3.3-1功能区界面3.4三维展示区说明三维展示区主要用于显示、操作隧道结构的三维模型，如图 3.4-1所示图3.4-1三维展示区界面4隧道参数输入4.1 几何参数输入根据隧道结构的不同，生成不同的几何参数输入界面。其中，示意图提供放大功能, 将鼠标移入图意图区，示意图下方出现一个动态漂浮层，漂浮层包含一张

10、尺寸为示意 图大小两倍大小的示意图。荷载结构明挖二维几何参数输入界面如图4.1-1所示图4.1-1荷载结构明挖二维几何参数输入界面荷载结构明挖三（四）通几何参数输入界面如图4.1-2所示,图4.1-2荷载结构明挖三（四）通几何参数输入界面荷载结构暗挖二维几何参数输入界面如图 4.1-3所示。形状为非圆时，隧道宽、墙 高、拱顶高、拱顶倒角半径可输入；形状为圆形时圆半径可输入；形状为上下洞时横 梁至拱顶距离可输入；选中包括仰拱复选框时，可输入仰拱高、仰拱倒角半径。图4.1-3荷载结构暗挖二维几何参数输入界面荷载结构暗挖三（四）通几何参数输入界面如图4.1-4所示。图4.1-4荷载结构明挖三（四）通

11、几何参数输入界面地层结构暗挖二维几何参数输入界面如图4.1-5所示。图4.1-5 土层结构暗挖二维几何参数输入界面地层结构暗挖三维几何参数输入界面如图4.1-6所示。图4.1-6 土层结构暗挖三维几何参数输入界面4.2 衬砌材料参数输入衬砌材料参数界面如图4.2-1所示。衬砌材料参数包括材料参数与截面厚度参数。不同的隧道结构的界面厚度参数不同， 荷载结构明挖二维包括：顶部衬砌厚度、侧墙衬砌厚度、底板衬砌厚度、横梁厚度、中隔墙厚度；荷载结构明挖三（四）通包括：顶部衬砌厚度、侧墙衬砌厚度、底板衬砌厚 度；荷载结构暗挖二维包括：隧道厚度、横梁厚度、中隔墙厚度；荷载结构暗挖三（四）通包括：隧道厚度；地

12、层结构暗挖二（三）维：隧道厚度、横梁厚度、中隔墙厚度。图4.2-1衬砌材料参数输入界面材料参数包括铁路隧道设计规范以及混凝土结构设计规范。铁路隧道设计规范中，根据混凝土类型的不同，从配置文件中读取不同的混凝土强 度等级数据，根据混凝土强度等级的不同，从配置文件中读取相应的弹性模量。设计方法为容许应力法时，构件类型是钢筋混凝土时，界面如图4.2-2所示，构件类型为混凝土时，界面如图4.2-3所示。设计方法为概率极限法时，构件类型是钢筋混凝土时，设讦方法泊於比结构类型 已如配筋参数 辆筋合力点至截 面近边距翦一概率榔艮抹.混凝土类型0 16图密度口口里城更理隈道邂二钥筋种类钢5摘5I；钢筋幅数N图

13、保护层厚度，.础,界面如图4.2-4所示，构件类型为混凝土时，界面如图 4.2-5所示受L方法-1容中亚之法，度牡类理(-海鞋土强度垂透|_C15o.ia更守正g国昌25JC机仁小1HRBS35 I古全基数之苴正3之号: E1T：20已至骄循公除西.明。公有直渤EE)1b图4.2-2铁路隧道设计规范容许应力法钢筋混凝土衬砌材料参数输入界面沿广方法*源国上岁型 !些打三豌：C15.的妣G.1F.密等：口而02500档淑rSfil.V 1图4.2-3铁路隧道设计规范容许应力法混凝土衬砌材料参数输入界面模筑混凝土混凝土强度等，C302SC0固构件类型钢筋混凝土! HFE却5 做35：，5国公直径1:

14、由.镣图图4.2-4铁路隧道设计规范概率极限法钢筋混凝土衬砌材料参数输入界面宾计万安mit己冗钮券教臊t合力导至其廨吸用法一蔓室土交工0本史49也闩4。均足厚生ETJ二海肚屋等罐cis . asoomss *：H 配QZ3 ? 230公款直型（mrnjLS/图4.2-5铁路隧道设计规范概率极限法混凝土衬砌材料参数输入界面混凝土结构设计规范中，衬砌参数的输入界面如图4.2-6所示。,匚 15拒钟美HPB3Q 口0.18雷电(kg/m号西00屈慎挂巾加一0祖 IS40星虻星且度(eiZ40图4.2-6混凝土结构设计规范衬砌材料参数输入界面4.3 荷载参数输入荷载参数为荷载结构独有参数，地层结构中没

15、有。荷载参数包括：地层压力荷载、水荷载、车辆荷载。荷载参数输入界面如图4.3-1所示。选择不同的围岩级别，会自动从配置文件中读取各个输入项的输入范围，范围 以提示框的形式显示。,地层压力有觐，可埋围岩破别 |7-侬=M10地层物荷载计算方法重度WkN/mD17弹性反力案数(MPa/m)150内摩擦角门0轴聚力(MP#0计箕摩缘角()45侧压力案数0.17,口是否萼虑水荷我 _1.水压力荷载计算方法|水土分算 ，帼下水水位(m)? 土肥泡矩重度:kN/m, 一 一口 I车道数2车辆竖向荷载(Pa) 1044,63图4.3-1容许应力法时衬砌材料参数输入界面软件会根据输入的参数计算出隧道的埋深情况

16、：深埋、浅埋、超浅埋，根据提示选 择不同的计算伦理。4.4 加固圈参数输入加固圈参数为地层结构独有参数，荷载结构中没有，如图 4.4-1所示。勾选考虑加 固圈时，加固圈参数可输入，并写入命令流；不勾选时，加固圈参数不可输入。图4.4-1加固圈参数输入界面4.5 土层参数输入土层圈参数为地层结构独有参数，荷载结构中没有，如图 4.5-1所示。输入土层数, 列表自动生成对应土层数的数据。图4.5-1 土层参数输入界面4.6-3。图4.6-1荷载结构有限元分段参数输入界面4.6 有限元分段参数输入根据模型不同，数据输入的有限元分段参数也有所不同。荷载结构有限元分段参数输入界面如图4.6-1, 土层结

17、构暗挖二维有限元分段参数输入界面如图4.6-2, 土层结构 暗挖三维有限元分段参数输入界面如图分股方式按单元长度分能单元长度fm)0.3图4.6-2 土层结构暗挖二维有限元分段参数输入界面图4.6-3 土层结构暗挖三维有限元分段参数输入界面5计算结果当构件类型为钢筋混凝土时，计算方法为容许应力法时，进行计算配筋，计算方法 为概率极限法时，进行配筋与裂缝计算；当构件类型为混凝土时，进行抗压与抗裂验算。点击工具栏的计算按钮时，开始计算，界面图 5-1所示。其中顶部进度条为总进 度，其他进度为各个计算阶段的分进度，当计算完成后计算界面自动关闭。图5-1内力计算结果界面（荷载结构）5.1 内力计算结果

18、点击工具栏的内力按钮，弹出内力分析结果。其中，非三（四）通结构时，计算出的数据为：I端弯矩、J端弯矩、I端轴力、J端轴力、I端剪力、J端剪力；三（四）通结构 时，计算出的数据为：X向弯矩、Y向弯矩、X向轴力、Y向轴力。荷载结构的内力 计算结果如图5.1-1所示，土层结构白配节计算如图5.1-2所示。在地层结构的界面中 可以通过工况的下拉框选择查看不同工况的数据。内力分析给果XB 111q J MMIVILIIILniai.;Xm J方 f*nJjjittJjfMtf节=ti；网！7WS5LB百.4 = 7123*-21500 22Yg3-21 3？式5.d/F %Tf；F J17220 A6-

19、17#3546殳t -1电加1-175 -AEiQOT J47 I 11 #3465-418-46664 3-4i*64.47-124171母弄打工L6-U283 15i 6-4 6 6fi0 仃TWHi g-MgT，加 ai?ADGir Dl胃巩方7;鼻1U-46BA-46C354.1452林乳田 2内“秋.而，& es4M515759&8丸了？IC1189 4517114s.l31dD63O 384MM.1T-CCJB4.29-0G&9G.7911121*4a.5-1-d&aiC 6516650.467329O.M-7J9C2.skj 1.2155CS.L 目275WJ717*665800

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23、狗舒卓数4公材直范;moi ：,.16图5.2-1配筋结果界面5.3 裂缝计算点击工具栏的裂缝按钮，弹出裂缝计算结果。裂缝计算选项卡只在设计方法为概率极限法时显示，如图5.3-1所示。软件中将裂缝宽度最大的单元号放入单元号下拉列 表中，在下拉列表中选择单元号，数据显示列表会选择并显示对应单元的行。当裂缝 宽度不符合要求时，以深黄色标出。图5.3-1裂缝计算界面5.4 斜截面受剪验算点击受剪按钮，弹出斜截面受剪验算结果，如图 5.4-1所示。斜截面受剪验算结果 在设计规范为混凝土结构设计规范，且断面结构不为三四通的条件下计算。受的蛉算结果X.2 -O25)(i： kb% 面1.75/2,5 h

24、口 h* +0.07N(N，i4344,97-&126045JTSr-OO1 W5 8.23.2-1R 547.3白”&的moolaaosai孑KM虫46125W37=CX)1i805 7新F43250-36&I24g.5L37 Hm13BV5 7.475-41S 51.761242373 COO138057.01650ML64-61235 7137SOOO13805J-601 W 49-6122S 31mtxx)12W5I 邮B-61221 51373 ：W1 凭 055,5137S744 1心 1210.15373 (XX)1380S 5.13IG-83038.47-612131537SD

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30、.9-46S36.62i.tkiOi2d ia0 33121；51035-46533 731.670.120183.J385其815.466.5.5u351.9Oil20.18033662J547.65T5654.5919J0.12oiaD33B72146.06-J6653 09L副口12013a招加13743.464650961,650.12013加舞&Qi7jao.esT6大喏i4148O.t2DIRT3葡14135 26i,310.120130 J3911D275.71-46-12450.M0420il804391S723J7-4fib3 73W0L12oia0J3骐d心5唐3-4663

31、7.380,04kM0.182.7294-5432.1.46636.39047aisD.1S3355.5-2概率极限法抗压验算界面5.5-3概率极限法抗裂验算界面5.6 图形结果点击工具栏的图形按钮，会显示图形结果界面，如图 5.6-1。图形结果包括：单元图、变形图、轴力云图、弯矩云图、剪力云图、地表沉降、模型位移、塑性区等。配筋计算弯矩云图5.6-1图形结果界面5.7 计算书点击工具栏的计算书按钮，会自动调用 Word程序，并打开计算书，如图5.6-1。此模块用于施工图的输出，界面如 6.1-1。计算书包括示意图、各种隧道参数、荷载的 计算过程、内力结果（配筋计算）、配筋计算结果、内力结果（

32、裂缝计算）、裂缝计算结果、 各种云图、变形图等。5.7-1计算书界面6施工图输出此模块在荷载二维结构时显示，用于施工图参数的输入和绘制，钢架参数包括(图6.1-1)、配筋参数(图6.1-2)、断面参数(图6.1-3)。其中，钢架参数为暗挖结构时独有。40钢笔图叱例L20L 1。厄占集外星善出1TU我揖梁内部宜径I m m)40内闽王给保早层厚度(mrmHPB； 制架内鲂比例20维筋直程(mm)14直贴边长度(mm)1460璋接长度(mm)70纵向架立鲂直经(mm14注向梁立费有弯眼长度(mm)60纵向里立前同跑(Em),锯盼与弱药的连接数密1000瑁嚏孔直径(fnm)不等边龟枢焦健号24撵椎孔

33、长边端拒(mm)L125XS0X用需长度(mm)55端栓孔发边产距mm)300406.1-1钢架参数界面配前烹比例25副面圉比奥12.5大栏圄比坦1:4C背水皿,宕U.量厚彦1mm)迎水顺保护房厚宜1mm.40C双向整力钢筋CE泾ee)1:挂鲂三匹frnm1146.1-2配筋参数界面6.1-3 断面参数界面输入参数后，点击AutoCAD绘图，若是第一次进行绘图，则首先启动 AutoCAD 软件，启动后软件会根据输入的数据进行绘图以及相关数据的输出。绘制的施工图包括：A型隧道复合式衬砌断面图、隧道钢架断面组装图。绘制的 A型隧道复合式衬砌 断面图如图6.1-2所示，绘制的A型隧道复合式衬砌二次衬

34、砌配筋图如图 6.1-3所示, 绘制的隧道钢架断面组装图如图6.1-3所示。6.1-2 A型隧道复合式衬砌断面图6.1-3 A型隧道复合式衬砌二次衬砌配筋图.包丁I: Iif 肛6.1-4 A型隧道复合式钢架断面组装图7系统参数配置系统参数配置界面如图7.1-1所示。在配制界面可以对参数进行添加、修改、删除、 恢复等操作。7.1-1系统参数配置界面允许配置的参数包括：铁隧材料参数、混规材料参数、荷载计算参数、型 钢参数、土壤孔隙率参数表、竖井荷载分项系数。铁隧材料参数包括：钢筋抗拉和抗压的标准值与设计值、钢筋的强度和弹性 模量、混凝土强度标准值、模筑混凝土极限强度、模筑混凝土强度设计值、普通喷

35、射 混凝土极限强度、普通喷射混凝土强度设计值、钢纤维喷射混凝土极限强度、钢纤维 喷射混凝土强度设计值、钢筋混凝土衬砌构件抗压检算分项系数、混凝土衬砌构件抗 压/抗裂验算各分项系数。混规材料参数包括：混凝土规范普通钢筋强度设计值、混凝土规范混凝土标 准值与设计值。荷载计算参数包括：各级围岩的物理力学指标、地面车辆荷载的动力系数、车辆 荷载的主要技术指标。型钢参数包括：不等边角钢的规格及截面特性、等边角钢的规格及截面特性、热 轧普通工字钢的规格及截面特性。8错误提示及处理1）打开工程文件时，若工程文件的格式错误，则弹出如图8.1-1所示的提示框，此时请检查工程文件是否损坏或被恶意修改。Q打开工程文

36、件失败，清检测实例文件是否正 确I8.1-1打开工程文件失败提示框2）新建工程时，若工程名为空，提示框如图8.1-2所示，此时请输入工程名称；若工程的路径未选择，提示框如图8.1-3所示，此时请选择工程的路径；若选择目录下已 经存在相同名称的工程，提示框如图8.1-4所示，请更改工程名称或者选择新的工程 目录。8.1-2工程名称为空提示界面8.1-3工程路径未选择提示界面8.1-4 工程已存在提示界面3）新建断面时，若断面名为空，提示框如图 8.1-5所示，此时请输入断面名称；若相 同类型已经存在相同名称的断面，提示框如图 8.1-6所示，请更改断面名称；删除断 面时，若删除失败，提示框如图8

37、.1-7所示，请检测断面文件是否被占用。8.1-5断面名称为空提示界面8.1-6断面重复提示界面8.1-7删除断面失败提示界面4）若输入的数据无效，则弹出如图8.1-8所示的提示框，此时请按要求更正数据确定8.1-8输入数据无效提示框5）计算时，若未选择任何断面，则弹出 8.1-9所示的提示框，此时请选中要计算的断面；若计算的断面的结果文件被打开，则弹出 8.1-10所示提示框，请先关闭工程文 件夹下打开的文件；若启动 ANSY趺败，则弹出如8.1-11所示的提示框，此时请按查 看结果文件夹下的output.txt 文件里的提示信息；若计算失败，则弹出 8.1-12所示 的提示框，此时请检查对

38、应步骤的错误愿意。8.1-9为选择断面提示框8.1-10关闭文件提示框8.1-11 ANSYS调用失败提示框r-j * ，8.1-12计算失败提示框6）若启动AutoCAD败时，则弹出如下8.1-13所示的提示框，此时请检查是否安装 AutoCAD件。8.1-13 AutoCAD启动失败提示框7）计算配筋时，若计算的公称直径无法匹配，则弹出如下 8.1-14所示的提示框，此 时请增大配筋的根数。确正8.1-14 配筋的公称直径无法匹配提示框8）打开计算书时，若计算书尚未生成，则弹出如下 8.1-15所示的提示框，此时请先 生成计算书。8.1-15计算书尚未生成提示框9）在配置系统参数时，若要配置的文件不存在或者损坏，则弹出如下 8.1-16所示的 提示框，此时请检查文件是否存在或者损坏。8.1-16恢复失败提示框