隧道结构内力及可靠性分析操作流程手册

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1、隧道结构内力及可靠性分析操作流程手册目录第一章 隧道结构内力分析31.1 Ansys菜单操作31.2 Ansys命令流操作及讲解23第二章 隧道结构安全度检算282.1素混凝土的安全度检算282.2钢筋混凝土30第三章 隧道结构内力随机性分析313.1作用效率变异性分析313.2命令流及解释55第四章 隧道结构可靠性分析704.1 钢筋混凝土功能函数如下：704.1.1钢筋混凝土判断大小偏心命令流714.1.2 大偏心下计算可靠度指标734.1.3小偏心下计算可靠度指标764.2 素混凝土的功能函数794.2.1 破坏类型判断814.2.2 抗压破坏81第一章 隧道结构内力分析1.1 Ansy

2、s菜单操作本例以标准图1202普货-200双线级围岩无砟隧道为例。本隧道为二衬为c35混凝土，混凝土弹性模量为32E10，泊松比为0.2，级围岩弹性反力系数为350e6，计算按照深埋求得竖向及水平荷载。第一步：定义工作文件名和工作标题 进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，选择菜单Utility Menu：FileChange Jobname，出现Change Jobname对话框。在【/FILNAM】Enter new Jobname输入框中输入工作名称Support，单击OK按钮关闭该对话框。 选择菜单Utility Menu：FileChange Title命令，出现Ch

3、ange Title对话框，在输入栏中输入Tunnel Support Structural Analysis，单击OK按钮关闭该对话框。第二步：定义单元类型图1-1 单元类型库对话框选择菜单Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。在左侧滚动栏中选择Structural Beam，在右侧滚动栏中选择2D elestic 3，单击Apply按钮，定义Beam3单元，如图1-1所示。最后单击Close按钮关闭对话框。第三步

4、：定义单元实常数图1-2定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数1对话框 选择菜单Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令，出现Real Contants对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Contants对话框，单击OK按钮，选择TYPE 1 BEAM3，单击OK按钮，最后在弹出的Real Constant for BEAM3对话框中分别输入隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：0.45、惯性矩IZZ：0.00759375、高度HEIGHT：0.45，如图1-2所示。图1-

5、3定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数2对话框 单击OK按钮，在打开的对话框中单击Add按钮，在弹出的对话框中选择TYPE 1 BEAM3，单击OK按钮，在打开的对话框中分别输入隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：0.4457、惯性矩IZZ：0.007378136、高度HEIGHT：0.4457，如图1-3所示。这是因为隧道衬砌支护仰拱和腰部以及顶部的厚度不同，所以要建立多个BEAM3实常数。按相同步骤添加其他几个。第四步：定义材料属性 选择菜单Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，出现Define

6、Material Behavior对话框。 在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，在EX对话框中输入3.2e10，在PRXY输入栏中输入0.2，如图1-4所示，单击OK按钮关闭该对话框。图1-4线弹性材料模型对话框 单击Structural、Density选项，在弹出的Density for Material Numbere 1对话框中输入隧道衬砌混凝土材料的密度2500，如图1-5所

7、示。单击OK按钮，选择MaterialExit，退出材料定义对话框。第五步：建立模型和划分网格(1)创建隧道衬砌支护关键点选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，出现Create Keypoints in Active Coordinate System对话框，输入关键点1。最后单击OK按钮，生成82个关键点。图1-5材料密度输入对话框(2)创建隧道衬砌支护线模型图1-6隧道二衬中心线选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingCreateLinesLinesstraight lin

8、e命令，然后依次选中1，2两点，再依次选中2，3两点，直到82，1两点，单击OK按钮。得出二衬的中心线如图1-6所示。(3)保存几何模型文件选择菜单Utility Menu：FileSave as命令，打开Save Database对话框，在Save Database to下面的输入栏中输入文件名Support-geom.db，单击OK按钮。(4)为线赋予特性图1-7选择线条图1-8赋予属性选择菜单Main Menu：PreprocessorMeshingMesh Tool命令，打开Mesh Tool对话框，在Element Attribute后面的下拉菜单选择Lines，单击Set按钮，打开

9、Line Attribute线拾取框，选中Min，Max，Inc，在输入栏中输入17，66，如图1-7，单击OK按钮，打开Line Attributes对话框，在Material number后面的下拉菜单中选择1，在Real Constant set number后面的下拉菜单中选择1，在Element type number后面的下拉菜单中选择1 BEAM3，如图1-8所示。单击Apply按钮再次打开线拾取框。同样的方法为1，11赋予属性，其他同前，只是在Real Constant set number后面的下拉菜单中选择7，单击OK按钮退出。然后在line attribute 里选择li

10、st of items，在输入栏中输入16，67，如图1-9，单击OK按钮，打开Line Attributes对话框，在Material number后面的下拉菜单中选择1，在Real Constant set number后面的下拉菜单中选择2，在Element type number后面的下拉菜单中选择1 BEAM3，单击apply继续为15，68；14，69；13，70；12，71；Real Constant set number后面的下拉菜单中依次选择3，4，5，6，单击OK退出。图1-9选择线条(5) 控制线尺寸图1-10线单元尺寸划分对话框在Mesh Tool对话框中Size Co

11、ntrols下面选择栏中的Lines右边单击Set按钮，在打开的对话框中选择pick All。单击拾取框上的OK按钮，打开Element Sizes on picked Lines对话框，如图1-10所示。在No.of element divisions栏后面输入1，再单击OK按钮。 划分网格图1-11二衬中心线节点图在网格划分工具栏中单击Mesh按钮，打开一个对话框，单击Pick All按钮，生成82个梁单元，如图1-11所示。 创建弹簧单元图1-12定义弹簧单元对话框加竖向弹簧，执行main menupreprocessorModelingCreatePiping ModelsSpring

12、 Support命令，弹出选取对话框，选中将为之施加弹簧支撑的节点1后单击Apply按钮，弹出Define Spring Support对话框，如图1-12所示。NLOC项已自动给出，再依次输入弹簧类型TYPE为translational（平移），由公式K=kbh，厚度b为1，弹性系数为K*abs（nx（1）-nx（82），即3.5e8*abs（0-0.451940422）=158179147.7，偏移量为Y轴负方向偏移0.5，单击apply，再依次为最大跨度1-22点，62-88点依次加竖向弹簧。加水平弹簧时偏移量为X方向偏移，右侧为0. 5，左侧为-0.5。如图1-13所示，弹性系数公式为

13、3.5e8*abs（ny（i+1）-ny（i-1）/2。水平弹簧加到上方呈90120，这里左侧加至39点，右侧加至45点，再根据判断去掉多余弹簧，由于此处数据量较大，建议用命令流添加。图1-13弹性系数原理添加弹簧后的图像如图1-14。!图1-14添加弹簧单元后的单元网格图第六步：施加约束和载荷 给弹簧单元施加约束-该步骤可以省略不考虑，应对另外一种情况加上这一条选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes命令，打开在节点上施加位移约束对话框，点选单元最外层节点共所有节点，单击OK按钮，打开Apply

14、 U，ROT on Nodes对话框，如图1-15所示。在DOFs tu be constrained栏后面选取UX，UY，接着在Apply as栏后面的下拉菜单中选取Constant value选项，并在Displacement value栏后面输入0值，然后单击OK按钮，完成对弹簧节点位移的约束。图1-15横向竖向约束另外给最低点1点施加水平方向约束。 施加重力加速度图1-16施加重力加速度对话框选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravity命令，打开Apply（Gravitational）Accelerati

15、on对话框，如图1-16所示。在Global Cartesian Y-comp栏后面输入重力加速度值9.8，单击OK按钮，完成重力加速度的施加。 对隧道衬砌支护施加围岩压力首先选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadssettingReplace vs addforces弹出replace/Add Setting for Forces对话框，在DOFSEL中选择FX,FY，FCUM栏中选择Add to existing，使施加的荷载可以叠加而不是替换。选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/Mome

16、ntOn Nodes命令，打开节点位置施加载荷对话框，以41点为例，选择41点，打开打开Apply F/M on Nodes对话框。在Direction of force/mom栏后面的下拉菜单中选取FY，在Force/moment value栏中输入围岩垂直均布力-34876.1。再选择41点，添加FX方向力548.96。隧道本身是受竖向均布压力，如图1-17，在此将竖向均布荷载q置换为每个节点的节点荷载，节点荷载等于均布荷载的集度q乘上节点相邻梁单元水平投影的1/2，乘上结构再的计算宽度b，这里，b=1。例如，第1点的节点荷载p为，第2节点的节点荷载p2为：图1-17施加荷载图解同时点2所

17、受的力为1杆的j端里和2杆的i端力，两者相叠加。即加两次荷载同样方法依次给其余点加载。加载后如图1-18所示此处可用命令流简便操作。图1-18加载后的模型第七步：求解计算图1-19求解选择菜单Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打开一个求解选项信息和当前求解载荷步对话框，如图1-19所示，检查信息无误后，单击OK按钮，开始求解计算，求解结束后，弹出Solution is done提示栏，单击Close按钮关闭提示栏。第八步：后处理（对计算结果进行分析） 计算分析修改模型1）查看隧道衬砌支护结构变形图选择菜单Main Menu：General Postproc

18、Plot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shape对话框，如图1-20所示，选中Def+underformed，单击OK按钮，将出现隧道衬砌支护结构变形图，如图1-21所示。图1-21初次分析计算隧道衬砌支护结构变形图图1-20查看变形图对话框 由上图可知有些弹簧为受拉弹簧，这意味着该处土体受拉，这显然不符合常理，需要去除弹簧并重新计算，直到结构变形图中没有受拉弹簧为止。确定受拉弹簧范围：执行Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table命令，定义结果显示列表，在Lab栏中输入列表名NI，在

19、下面对话框选择By sequence num，右下侧输入SMISC,1，单击OK。再执行Main MenuGeneral PostprocElement TableList Elem table，在弹出的对话框里选择NI，则弹出如图1-22所示的显示各单元轴力的对话框。图1-22 轴力从显示列表可以判断119，120，123，124号弹簧受拉（正值表示受拉，负值表示受压）。2）删除受拉弹簧单元选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingDeleteElements命令，打开一个删除单元选取对话框，在输入栏中输入119，120，123，124，单击OK按钮。选择菜单Mai

20、n Menu：PreprocessorModelingDeleteNodes命令，打开一个删除节点选取对话框，在输入栏中输入119，120，123，124，单击OK按钮。再重新计算。3）第二次求解选择菜单Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打开一个求解选项信息和当前求解载荷步对话框，接受默认设置，单击OK按钮，开始求解计算，直到出现一个Solution is done提示栏，单击Close按钮关闭提示栏。4）查看第二次分析计算结构变形图选择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出P

21、lot Deformed Shape对话框，选中Def+underformed，单击OK按钮，将出现第二次分析计算的隧道衬砌支护结构变形图。经过多次计算，逐步去除受拉弹簧，最终使所有保留下的弹簧都处于受压状态，从而确定被动抗力的分布范围，即确定最终的计算模型。其对应的分析计算隧道衬砌支护结构变形如图1-23所示。图1-23最终隧道结构变形图5）保存计算结果选择菜单Utility Menu：FileSave as命令，打开Save Database对话框，在Save Database to下面的输入栏中输入文件名Support-result.db，单击OK按钮。 画出主要图形1）绘制结构变形图选

22、择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shape对话框，选中Def+underformed，单击OK按钮，得到隧道结构变形图。 图1-24单元数据制表对话框2）将节点弯矩、剪力、轴力制表选择菜单Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table命令，打开一个Element Table Data对话框，如图1-24所示。单击Add按钮，打开一个Define Additional Element Table Items对话框，如图1-25

23、所示。在User label for item栏后面输入MI，在Item，Comp Results data item栏后面的左边下拉菜单中选取By sequence num，并在右栏输入6，然后单击Apply按钮；再次在User label for item栏后面输入MJ，在Item，Comp Results data item栏后面的左边下拉菜单中选取By sequence num，并在右栏输入12，然后图1-25定义单元数据表对话框单击Apply按钮；使用同样的方法依次输入FI，1；FJ，7。最后得到定义好后的单元数据表对话框，如图1-26所示。3）设置弯矩分布标题图1-26定义好后的单

24、元数据表对话框选择菜单Utility Menu：FileChange Title命令，出现Change Title对话框，在输入栏中输入BENDING MOMENT distribution，单击OK按钮关闭该对话框。4）画结构弯矩图图1-27画结构弯矩图对话框选择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotLine Element Results命令，打开一个Plot Line-Element Results对话框，如图1-27所示。在Elem table item at node I栏后面的下拉菜单中选取MI，在Elem tabl

25、e item at node J栏后面的下拉菜单中选取MJ，在Optional scale factor后面栏中输入-1，在Items to be plotted on栏后面选择Deformed shape单选按钮，最后单击OK按钮，得到隧道衬砌支护结构的弯矩图，如图1-28所示。图1-28画结构弯矩图对话框5）设置轴力分布标题选择菜单Utility Menu：FileChange Title命令，出现Change Title对话框，在输入栏中输入ZHOULI force distribution，单击OK按钮关闭该对话框。6）画结构轴力图选择菜单Main Menu：General Postp

26、rocPlot ResultsContour PlotLine Element Results命令，打开一个Plot Line-Element Results对话框。在Elem table item at node I栏后面的下拉菜单中选取FI，在Elem table item at node J栏后面的下拉菜单中选取FJ，在Optional scale factor后面栏中输入1，在Items to be plotted on栏后面选择Deformed shape单选按钮，最后单击OK按钮，得到隧道衬砌支护结构的轴力图，如图1-29所示。图1-29结构轴力图（单位：N） 列出主要数据1）列表

27、显示单元的弯矩，剪力和轴力图1-30 List Element Table Data对话框选择菜单Main Menu：General PostprocList ResultsElement Table Data命令，打开一个List Element Table Data对话框，如图1-30所示。在Items to be listed栏后面的下拉菜单中选择MI、MJ、FI、FJ选项，然后单击OK按钮，打开单元数据表文件，如图1-31所示。(4) 选择菜单Utility Menu：FileExit命令，出现Exit from ANSYS对话框，选择Quite-No Save!选项，单击OK按钮，关

28、闭ANSYS。图1-31 单元表数据第二章 隧道结构安全度检算2.1素混凝土的安全度检算 时，按抗压强度计算 （2.1） 时，按抗拉强度计算： （2.2）式中， k安全系数； 稳定系数，对衬砌结构取=1.0； 荷载设计值产生的轴向力； b截面宽度（m）； h截面高度（m）； 混凝土抗压极限强度，按铁隧规范取值，如表1；轴向力偏心距M/N； 混凝土抗拉极限强度，按铁隧规范取值，如表1； 轴向力偏心影响系数，按表2采用；表1 混凝土的极限强度（MPa）强度种类符号混凝土强度等级C15C20C25C30C40C50抗 压12.015.519.022.529.536.5弯曲抗压15.019.424.2

29、28.136.945.6抗 拉1.41.72.02.22.73.1表2 偏心影响系数0.000.020.040.060.080.100.120.140.161.0001.0001.0000.9960.9790.9540.9230.8860.8450.180.200.220.240.260.280.300.320.340.7990.7500.6980.6450.5900.5350.4800.4260.3740.360.380.400.420.440.460.480.3240.2780.2360.1990.1700.1420.123注：1 表中为轴向力偏心距。 2 表中2.2钢筋混凝土 (2.3)

30、 (2.4) (2.5)由式（2.3）求得x，（1）当时，为小偏心受压， (2.6)（2）当时，为大偏心受压， (2.7)式中 系数，C50以下级别混凝土均取1.0见表1初始偏心距附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的较大者； 钢筋抗拉极限强度，见表3；表3 钢筋的强度和弹性模量钢筋种类屈服强度（MPa）抗拉极限强度（MPa）抗拉或抗压计算强度（MPa）弹性模量（GPa）延伸率（%）HPB235(Q235)24038026021025HRB335(20MnSi)34052036020016省略命令流！第三章 隧道结构内力随机性分析3.1作用效率变异性分析本例以标准图1202

31、普货-200双线级围岩无砟隧道为例。本隧道为二衬为c35混凝土，混凝土弹性模量为32E10，泊松比为0.2，级围岩弹性反力系数为350e6，计算按照深埋求得竖向及水平荷载。 第一步：定义工作文件名和工作标题 进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，选择菜单Utility Menu：FileChange Jobname，出现Change Jobname对话框。在【/FILNAM】Enter new Jobname输入框中输入工作名称Support，单击OK按钮关闭该对话框。 选择菜单Utility Menu：FileChange Title命令，出现Change Title对话框，

32、在输入栏中输入Tunnel Support Structural Analysis，单击OK按钮关闭该对话框。(3)首先选择主菜单parametersangular units,在AFUN一栏选择Degrees DEG，使ansys可以辨认角度。第二步：定义变量级单元类型图3-1 定义变量不同于安全度检算，可靠度分析牵涉到变异系数的存在，所以所选的随机变量具有其自己的变异性，这里，首先定义需要用到的变量：选择主菜单parametersscalar parameters,弹出scalar parameters选项如图3-1，在selection一栏输入要定义的变量weiyanzhongdu=20

33、.5e3（级围岩围岩重度），单击accept，然后依次输入，k=3e8，E=3.2E10,houdu1=0.45，houdu2=0.4457，houdu3=0.4506，houdu4=0.4585，houdu5=0.4691，houdu6=0.4822，houdu7=0.5，然后是侧压力系数ceyalixishu=0.2，下面定义公式，本隧道为深埋隧道，计算方法参照规范深埋隧道计算方法如下：垂直匀布压力为： （1.1） （1.2）式中： 围岩垂直匀布压力；围岩容重； 围岩压力计算高度； 围岩级别 宽度影响系数，； 坑道宽度；每增减1m时的围岩压力增减率，当5m时，取图3-2 定义变量接着继续定

34、义参数，s=4，b=13.42，w= 1+0.1*(b-5)，hq= 0.45*w*2*(s-1)，竖向压力shuxiang= weiyanzhongdu*hq*0.5，水平压力shuiping= shuxiang*ceyalixishu*0.5 ，uxishu=k，vxishu=k。定义后图3-2所示，选择菜单Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。在左侧滚动栏中选择Structural Beam，在右侧滚动栏中选择

35、2D elestic 3，单击Apply按钮，定义Beam3单元，如图3-3所示。最后单击Close按钮关闭对话框。图3-3 单元类型库对话框第三步：定义单元实常数选择菜单Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令，出现Real Contants对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Contants对话框，单击OK按钮，选择TYPE 1 BEAM3，单击OK按钮，最后在弹出的Real Constant for BEAM3对话框中分别输入隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：

36、houdu1、惯性矩IZZ：houdu1*houdu1*houdu1/12、高度HEIGHT：houdu1，如图3-4所示。图3-4定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数1对话框 单击OK按钮，在打开的对话框中单击Add按钮，在弹出的对话框中选择TYPE 1 BEAM3，单击OK按钮，在打开的对话框中分别输入仰拱支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：houdu2、惯性矩IZZ：houdu2*houdu2*houdu2/12、高度HEIGHT：houdu2，如图3-5所示。这是因为隧道衬砌支护仰拱和腰部以及顶部的厚度不同，所以要建立多个BEAM3实常数。图3-5定义隧道腰部和顶部BEAM3实常

37、数2对话框按相同步骤添加其他几个。第四步：定义材料属性 选择菜单Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，出现Define Material Behavior对话框。图3-6线弹性材料模型对话框 在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，在EX对话框中输入E，在PRXY输入栏中输入0.2，如图3-6所示，单击OK按钮关闭该对

38、话框。 单击Structural、Density选项，在弹出的Density for Material Numbere 1对话框中输入隧道衬砌混凝土材料的密度2500，如图3-7所示。单击OK按钮，选择MaterialExit，退出材料定义对话框。图3-7材料密度输入对话框第五步：建立模型和划分网格 创建隧道衬砌支护关键点选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，出现Create Keypoints in Active Coordinate System对话框，输入关键点1。最后单击OK按钮，生成82个关键点

39、。创建隧道衬砌支护线模型图3-8隧道衬砌支护线模型选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingCreateLinesLinesstraight line命令，然后依次选中1，2两点，再依次选中2，3两点，直到82，1两点，单击OK按钮。得出如图3-8所示 保存几何模型文件选择菜单Utility Menu：FileSave as命令，打开Save Database对话框，在Save Database to下面的输入栏中输入文件名Support-geom.db，单击OK按钮。(3)为线赋予特性图3-9选择线条图3-10赋予属性选择菜单Main Menu：Preprocess

40、orMeshingMesh Tool命令，打开Mesh Tool对话框，在Element Attribute后面的下拉菜单选择Lines，单击Set按钮，打开Line Attribute线拾取框，选中Min，Max，Inc，在输入栏中输入17，66，如图3-9，单击OK按钮，打开Line Attributes对话框，在Material number后面的下拉菜单中选择1，在Real Constant set number后面的下拉菜单中选择1，在Element type number后面的下拉菜单中选择1 BEAM3，如图3-10所示。单击Apply按钮再次打开线拾取框。同样的方法为1，11赋

41、予属性，其他同前，只是在Real Constant set number后面的下拉菜单中选择7，单击OK按钮退出。图3-11选择线条然后在line attribute 里选择list of items，在输入栏中输入16，67，如图3-11，单击OK按钮，打开Line Attributes对话框，在Material number后面的下拉菜单中选择1，在Real Constant set number后面的下拉菜单中选择2，在Element type number后面的下拉菜单中选择1 BEAM3，单击apply继续为15，68；14，69；13，70；12，71；Real Constant

42、set number后面的下拉菜单中依次选择3，4，5，6，单击OK退出。(5) 控制线尺寸图3-12线单元尺寸划分对话框在Mesh Tool对话框中Size Controls下面选择栏中的Lines右边单击Set按钮，在打开的对话框中选择pick All。单击拾取框上的OK按钮，打开Element Sizes on picked Lines对话框，如图3-12所示。在No.of element divisions栏后面输入1，再单击OK按钮。 划分网格图3-13隧道支护单元图在网格划分工具栏中单击Mesh按钮，打开一个对话框，单击Pick All按钮，生成82个梁单元，如图3-13所示。图3

43、-14定义弹簧单元对话框 创建弹簧单元加竖向弹簧，执行main menupreprocessorModelingCreatePiping ModelsSpring Support命令，弹出选取对话框，选中将为之施加弹簧支撑的节点1后单击Apply按钮，弹出Define Spring Support对话框，如图3-14所示。NLOC项已自动给出，再依次输入弹簧类型TYPE为translational（平移），由公式K=kbh，厚度b为1，弹性系数为K*abs（nx（1）-nx（82），即3.5e8*abs（0-0.451940422）=158179147.7，偏移量为Y轴负方向偏移0.5，单击a

44、pply，再依次为最大跨度2-22点，62-81点依次加竖向弹簧。图3-15弹簧系数图解加水平弹簧时偏移量为X方向偏移，右侧为0.5，左侧为-0.5.如图3-15所示，弹性系数公式为3.5e8*abs（ny（i+1）-ny（i-1）/2。由于此处数据量较大，建议用命令流添加。图3-16添加弹簧单元后的单元网格图添加弹簧后的图像如图3-16。!加水平弹簧 *do,i,2,34k=a*abs(ny(i+1)-ny(i-1)/2psprng,i,tran,k,-0.5, *enddopsprng,1,tran,a*abs(ny(1)-ny(2),-0.5psprng,1,tran,a*abs(ny(

45、1)-ny(2),0.5*do,i,50,81k=a*abs(ny(i+1)-ny(i-1)/2psprng,i,tran,k,0.5*enddopsprng,82,tran,a*abs(ny(1)-ny(81)/2,0.5, !加竖向弹簧*do,i,2,22 !最大跨度k=a*abs(nx(i+1)-nx(i-1)/2psprng,i,tran,k,-0.5 *enddo*do,i,62,81k=a*abs(nx(i+1)-nx(i-1)/2psprng,i,tran,k,-0.5*enddopsprng,82,tran,a*abs(nx(1)-nx(81)/2,-0.5psprng,1,t

46、ran,a*abs(nx(1)-nx(82),-0.5allselfinish第六步：施加约束和载荷 给弹簧单元施加约束选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes命令，打开在节点上施加位移约束对话框，点选单元最外层节点共所有节点，单击OK按钮，打开Apply U，ROT on Nodes对话框，如图3-17所示。在DOFs tu be constrained栏后面选取UX，UY，接着在Apply as栏后面的下拉菜单中选取Constant value选项，并在Displacement value栏后

47、面输入0值，然后单击OK按钮，完成对弹簧节点位移的约束。图3-17横向竖向约束另外给最低点1点施加水平方向约束。 施加重力加速度图3-18施加重力加速度对话框选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravity命令，打开Apply（Gravitational）Acceleration对话框，如图3-18所示。在Global Cartesian Y-comp栏后面输入重力加速度值9.8，单击OK按钮，完成重力加速度的施加。 对隧道衬砌支护施加围岩压力首先选择菜单Main Menu：SolutionDefine Loadss

48、ettingReplace vs addforces弹出replace/Add Setting for Forces对话框，在DOFSEL中选择FX,FY，FCUM栏中选择Add to existing，使施加的荷载可以叠加而不是替换。选择菜单Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes命令，打开节点位置施加载荷对话框，以41点为例，选择41点，打开打开Apply F/M on Nodes对话框。在Direction of force/mom栏后面的下拉菜单中选取FY，在Force/moment value栏

49、中输入围岩垂直均布力-34876.1。再选择41点，添加FX方向力548.96。隧道本身是受竖向均布压力，如图3-19，在此将竖向均布荷载q置换为每个节点的节点荷载，节点荷载等于均布荷载的集度q乘上节点相邻梁单元水平投影的1/2，再乘上结构的计算宽度b，这里，b=1。例如，第1点的节点荷载p为，第2节点的节点荷载p2为：图2-19施加荷载图解同时点2所受的力为1杆的j端里和2杆的i端力，两者相叠加。即加两次荷载同样方法依次给其余点加载，加载后如图3-20所示。此处可用命令流简便操作。*do,i,22,61 a=- 71285*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)f,i+1,fy,a f,

50、i,fy,a*enddo!水平荷载*do,i,1,41a= 14257*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i+1,fx,a f,i,fx,a*enddo*do,i,42,81a=- 14257*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i+1,fx,a f,i,fx,a *enddof,1,fx,- 14257*0.5*abs(ny(1)-ny(2)f,82,fx,- 14257*0.5*abs(ny(82)-ny(1)图3-20加载后的模型第七步：求解计算图3-21求解选择菜单Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打开一个求解选项信息和当前求

51、解载荷步对话框，如图3-21所示，检查信息无误后，单击OK按钮，开始求解计算，求解结束后，弹出Solution is done提示栏，单击Close按钮关闭提示栏。第八步：后处理（对计算结果进行分析） 计算分析修改模型1）查看隧道衬砌支护结构变形图图3-22查看变形图对话框选择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shape对话框，如图2-22所示，选中Def+underformed，单击OK按钮，将出现隧道衬砌支护结构变形图，如图3-23所示。图3-23初次分析计算隧道衬砌支护结构变形

52、图 从图3-23的初次分析隧道衬砌支护结构变形图中可以看出弹簧111、112、113、114、115、118、119、120、121、122，是受拉的，因为用来模拟隧道结构与围岩间相互作用的地层弹簧只能承受压力，所以这10根弹簧必须去掉，再重新计算，直到结构变形图中没有受拉弹簧为止。2）删除受拉弹簧单元选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingDeleteElements命令，打开一个删除单元选取对话框，在输入栏中输入111、112、113、114、115、118、119、120、121、122，单击OK按钮。选择菜单Main Menu：PreprocessorMod

53、elingDeleteNodes命令，打开一个删除节点选取对话框，在输入栏中输入111、112、113、114、115、118、119、120、121、122，单击OK按钮。3）第二次求解选择菜单Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打开一个求解选项信息和当前求解载荷步对话框，接受默认设置，单击OK按钮，开始求解计算，直到出现一个Solution is done提示栏，单击Close按钮关闭提示栏。4）查看第二次分析计算结构变形图选择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot

54、Deformed Shape对话框，选中Def+underformed，单击OK按钮，将出现第二次分析计算的隧道衬砌支护结构变形图。经过2次计算，得到没有受拉弹簧时的隧道结构模型。其对应的分析计算隧道衬砌支护结构变形如图3-24所示。图3-24最终隧道结构变形图5）保存计算结果选择菜单Utility Menu：FileSave as命令，打开Save Database对话框，在Save Database to下面的输入栏中输入文件名Support-result.db，单击OK按钮。 画出主要图形1）绘制结构变形图图3-25单元数据制表对话框选择菜单Main Menu：General Postp

55、rocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shape对话框，选中Def+underformed，单击OK按钮，得到隧道结构变形图，如图3-24所示。2）将节点弯矩、剪力、轴力制表图3-26定义单元数据表对话框选择菜单Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table命令，打开一个Element Table Data对话框，如图3-25所示。单击Add按钮，打开一个Define Additional Element Table Items对话框，如图3-26所示。在User label fo

56、r item栏后面输入MI，在Item，Comp Results data item栏后面的左边下拉菜单中选取By sequence num，并在右栏输入6，然后单击Apply按钮；再次在User label for item栏后面输入MJ，在Item，Comp Results data item栏后面的左边下拉菜单中选取By sequence num，并在右栏输入12，然后单击Apply按钮；使用同样的方法依次输入FI，1；FJ，7。最后得到定义好后的单元数据表对话框，如图3-27所示。图3-27定义好后的单元数据表对话框3）设置弯矩分布标题选择菜单Utility Menu：FileChan

57、ge Title命令，出现Change Title对话框，在输入栏中输入BENDING MOMENT distribution，单击OK按钮关闭该对话框。4）画结构弯矩图图3-28画结构弯矩图对话框选择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotLine Element Results命令，打开一个Plot Line-Element Results对话框，如图3-28所示。在Elem table item at node I栏后面的下拉菜单中选取MI，在Elem table item at node J栏后面的下拉菜单中选取MJ，在O

58、ptional scale factor后面栏中输入-1，在Items to be plotted on栏后面选择Deformed shape单选按钮，最后单击OK按钮，得到隧道衬砌支护结构的弯矩图，如图3-29所示。图3-29画结构弯矩图对话框5）设置轴力分布标题选择菜单Utility Menu：FileChange Title命令，出现Change Title对话框，在输入栏中输入ZHOULI force distribution，单击OK按钮关闭该对话框。6）画结构轴力图图3-30结构轴力图（单位：N）选择菜单Main Menu：General PostprocPlot ResultsC

59、ontour PlotLine Element Results命令，打开一个Plot Line-Element Results对话框。在Elem table item at node I栏后面的下拉菜单中选取FI，在Elem table item at node J栏后面的下拉菜单中选取FJ，在Optional scale factor后面栏中输入1，在Items to be plotted on栏后面选择Deformed shape单选按钮，最后单击OK按钮，得到隧道衬砌支护结构的轴力图，如图3-30所示。 列出主要数据1）列表显示单元的弯矩，剪力和轴力选择菜单Main Menu：Gener

60、al PostprocList ResultsElement Table Data命令，打开一个List Element Table Data对话框，如图3-31所示。在Items to be listed栏后面的下拉菜单中选择MI、MJ、FI、FJ选项，然后单击OK按钮，打开单元数据表文件，如图3-32所示。图3-31 List Element Table Data对话框图3-32 单元表数据第九步 变异性分析图3-33 get函数（1） 提取轴力弯矩结果选择菜单parametersGet Scalar Data,弹出Get Scalar Data对话框如图3-33 ，选择Results data里的element results选项，单击ok进入ge