地下工程课程设计明挖地铁车站内力结构分析

1、目 录 课程设计任务书- 1 -gui方式- 3 -一、打开ansys- 3 -二、建立模型- 3 -1、定义单元类型- 3 -2、定义单元实常数- 3 -3、定义材料特性- 3 -4、定义截面- 3 -5、建立几何模型- 3 -6、划分网格- 4 -7、建立弹簧单元- 4 -三、加载求解- 5 -1、施加位移约束- 5 -2、施加荷载- 6 -（1）计算结构所受荷载- 6 -（2）施加结构所受荷载- 6 -（3）施加重力场- 7 -3、求解- 8 -四、查看计算结果- 8 -1、添加单元表- 8 -2、查看变形图- 8 -3、查看各内力图- 9 -4、查看内力列表- 9 -单元内力表- 11

2、 -apdl方式- 17 -课 程 设 计 任 务 书专 业 姓 名 学 号 开题日期：年 月 日 完成日期：年 月 日题 目 明挖地铁车站内力结构分析 一、设计的目的 熟悉ansys软件，练习课堂所学知识，为今后的毕业设计打下良好的电算基础。 练习使用梁单元和弹簧单元建模进行结构内力分析 二、设计的内容及要求 某地铁岛式车站采用明挖法施工，车站埋深为4.113 m，地下水位距地面为8.023 m,站厅、站台层柱子为d=0.8 m的圆形柱，纵向柱间距为8 m，纵向共16跨，长160 m，中间岛式站台长110m。衬砌材料采用c30钢筋混凝土（e=30gpa，=0.2，=25kn/m），地面荷载取

3、20kpa的均布荷载，站厅层人群荷载取4kpa的均布荷载，是被荷载取8kpa的均布荷载。地基弹性范例系数取77.4mpa/m。车站的横断面如下图： （单位：m） 各层土的物理参数见下表： 地层名称重度（kn/m）内摩擦角（） 素填土18.08.0 粉质粘土19.216.3 粉质粘土19.620.8 中粗砂18.826.0 试分析：纵向单位跨度地铁车站的内力。（采用基本荷载组合计算） 成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日gui方式：一、 打开ansys打开ansys软件。gui方式：执行“utility menufilechange title”菜单命令。在弹出窗口中输入“mechanical

4、 anslysis on the subway station”作为ansys图形显示时的标题。二、 建立模型1、 定义单元类型gui方式：执行“main menupreprocessorelement typeadd/edit/delete”菜单命令。在弹出对话框中添加单元类型beam3和combination14。2、 定义单元实常数gui方式：执行“main menupreprocessorreal constantsadd/edit/delete”菜单命令。分别对beam3和combination14添加实常数，数据如下表：no.areaizzheight10.80.8*3/120.8

5、20.60.6*3/120.6311/12140.90.9*3/120.950.4*2*acos（-1）0.8*4* acos（-1）/640.8677.4e63、 定义材料特性gui方式：执行“main menupreprocessormaterial propsmatarial models”菜单命令。输入材料特性：ex=3e10，prxy=0.2，dens=2500。4、 定义截面gui方式：执行“main menupreprocessorsectionsbeamcommon sections”菜单命令。新建5个截面，数据如下表所示：idsub-typebh1矩形10.82矩形10.63

6、矩形114矩形10.95圆形r=0.45、 建立几何模型gui方式：执行“main menupreprocessormodelingcreatekeypointsin active cs”菜单命令。键入点坐标如下表所示：点号1234567891011x00009.059.059.0518.118.118.118.1y-4.513-8.023-9.413-15.763-4.513-9.413-15.763-4.513-8.023-9.413-15.763gui方式：执行“main menupreprocessormodelingcreatelineslinesstraight line”菜单命令

7、。连接两关键点生成线:线编号l1l2l3l4l5l6l7l8l9l10l11l12l13l14点号1153647432568910点号25861071132167910116、 划分网格gui方式：执行“main menupreprocessormeshingmesh tool”菜单命令。在element attributes的下拉菜单里面选中lines，单击【set】,分别对各条线编辑属性，如下表：选择的线l1，l2l3，l4l5，l6l7，l8，l9，l12，l13，l14l10，l11mat1real12345type1 beam3sect12345单击mesh tool对话框size下

8、面line后面的【set】,设计每条线划分的单元数，如下表所示：选择的线l1，l2，l3，l4，l5，l6l7，l11，l14l8，l13l9，l12l10ndiv18133710单击mesh tool对话框中的【mesh】按钮，选择全部线，单击【ok】，完成网格划分。7、 建立弹簧单元gui方式：执行“main menupreprocessormodelingcopynodescopy”菜单命令。选中l5、l6上的所以nodes，在“copy nodes”对话框中，itime后输入2，dy后输入-1，如下图所示。 gui方式：执行“utility menuselectentities”菜单命

9、令。在弹出的“select entities”对话框中选择“nodes”，“by location”，“y coordinates”,在min，max后输入“-15.763,-16.763”，点击【ok】。gui方式：执行“main menupreprocessormodelingcreateelementselem attributes”菜单命令。在弹出的“element attributes”对话框中,type选“2 combin14”，real选“6”，secnum选“no section”，单击【ok】。 gui方式：执行“main menupreprocessormodelingcr

10、eateelementsauto numberedoffset nodes”菜单命令。在弹出对话框中，dy后输入“1”，单击【ok】。三、 加载求解1、 施加位移约束gui方式：执行“utility menuselectentities”菜单命令。在弹出的“select entities”对话框中选择“nodes”，“by location”，“y coordinates”,在min，max后输入“-16.763”，点击【ok】。gui方式：执行“main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplcementon node”菜单命令。点击【pic

11、k all】，选择全部节点，在弹出对话框中选择“all dof”，单击【ok】。gui方式：执行“utility menuselectentities”菜单命令。在弹出的“select entities”对话框中选择“nodes”，“by location”，“y coordinates”,在min，max后输入“-15.763”，点击【ok】。gui方式：执行“utility menuselectentities”菜单命令。在弹出的“select entities”对话框中选择“nodes”，“by location”，“x coordinates”,在min，max后输入“9.05”，点击

12、【ok】。gui方式：执行“main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplcementon node”菜单命令。点击【pick all】，选择全部节点，在弹出对话框中选择“ux”，单击【ok】。2、 施加荷载（1） 计算结构所受荷载按基本荷载组合，计算如下表所示：顶板路面荷载20 kpa垂直土压力1.518+2.819.2+（4.113+0.8/2-1.5-2.8）19.6 = 84.9348 kpa1.420+1.3584.9348 = 142.66198 kpa中板人群荷载4 kpa设备荷载8 kpa1.44+1.358 = 16.4 k

13、pa底板垂直水压力(4.113+0.8/2+4.9+6.35-8.023)10 = 77.4 kpa1.3577.4 = 104.49 kpa边墙土侧压力上=(81.5+16.32.8+20.80.213)/4.513=13.751.3584.9348tan(45-13.75/2) = 70.6 kpa下=(81.5+16.32.8+20.82+269.463)/15.763=21.9=(181.5+19.22.8+19.62+18.89.463)/15.763=18.9 kn/m1.3518.915.763tan(45-21.9/2) = 183.67 kpa(先分别算出，再加权平均，算出结

14、果为187.575 kpa)侧向水压力下104.49 kpa（2） 施加结构所受荷载a水平荷载gui方式：执行“main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon beams”菜单命令。选择顶板的梁单元，在弹出对话框中的vali后输入值“142661.98”，单击【apply】。选择中板的梁单元，在弹出对话框中的vali后输入值“16400”，单击【apply】。选择顶板的梁单元，在弹出对话框中的vali后输入值“-104490”，单击【ok】。b侧向荷载gui方式：执行“utility menulistpict entities+”菜

15、单命令。在弹出的“model query picker”对话框中选择：“pick”，“box”，“length”，“elements”，分别选择左边墙和右边墙的梁单元。复制弹出列表中的内容到excel，整理并计算，可得下表：element no.(l)element no.(r)length土侧压力(上)(pa)水侧压力(下)(pa)1311550.501429706001301560.50142975639.692151291570.50142980679.38431281580.50142985719.076461271590.50142990758.768611261600.501429

16、95798.460761251610.501429100838463333105877.84516254.9914591231630.463333110534.647312509.982921221640.463333115191.449518764.974381211650.488462119848.251725359.207121201660.488462124757.61731953.439861191670.488462129666.982238547.67261181680.488462134576.347545141.905341171690.488462

17、139485.712751736.138081161700.488462144395.07858330.370821151710.488462149304.443264924.603561141720.488462154213.808571518.83631131730.488462159123.173778113.069041121740.488462164032.53984707.301781111750.488462168941.904291301.534521101760.488462173851.269597895.767261091770.488462178760.63471044

18、90183670土侧压力：gui方式：执行“main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon beams”菜单命令。从上向下每间隔1个单元选择一个边墙的单元，按上表所示的值，输入边墙单元所受的一对土压力值。水侧压力：gui方式：执行“main menusolutiondefine loadssettingsreplace vs addsurface loads”菜单命令。在弹出的对话框中，（pres）下的oper中选择“add to existing”,单击【ok】。gui方式：执行“main menusolutiondefine l

19、oadsapplystructuralpressureon beams”菜单命令。从水位线处开始，从上向下每间隔1个单元选择一个边墙的单元，按上表所示的值，输入边墙单元所受的一对水的压力值。（3） 施加重力场gui方式：执行“main menusolutiondefine loadsapplystructuralinertiagravityglobal”菜单命令。在弹出对话框中的acely后输入值“10”，单击【ok】。结基本构图3、 求解gui方式：执行“main menusolutionsolvecurrent ls”菜单命令。在弹出对话框中点击【ok】，开始计算。四、 查看计算结果1、

20、添加单元表gui方式：执行“main menugeneral postprocelement tabledefine table”菜单命令。新建6个单元表，分别是： lab item lab item轴力 i_n by sequence num smisc,1 j_n by sequence num smisc,7剪力 i_v by sequence num smisc,2 j_v by sequence num smisc,8弯矩 i_m by sequence num smisc,6 j_m by sequence num smisc,122、 查看变形图gui方式：执行“main men

21、ugeneral postprocplot resultsdeformed shape”菜单命令。在弹出对话框中选择“def + undeformd”，单击【ok】。变形图3、 查看各内力图gui方式：执行“main menugeneral postprocplot resultscontour plotline elem res”菜单命令。在弹出对话框中分别选择不同的lab，可以分别查看轴力图、剪力图、弯矩图。 labi labj fact轴力图 i_n j_n 1剪力图 i_v j_v 1弯矩图 i_m j_m -14、 查看内力列表gui方式：执行“main menugeneral po

22、stproclist resultselem table data”菜单命令。在弹出对话框中选择“i_n”、“j_n”、“i_v”、“j_v”、“i_m”、“j_m”，单击【ok】。轴力图剪力图弯矩图单元内力表print element table items per element * post1 element table listing * stat current current current current current current elem i_n j_n i_v j_v i_m j_m 1 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.69024e+06-0.60

23、846e+06-0.82573e+06-0.49925e+06 2 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.60846e+06-0.52667e+06-0.49925e+06-0.21389e+06 3 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.52667e+06-0.44489e+06-0.21389e+06 30348. 4 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.44489e+06-0.36311e+06 30348. 0.23347e+06 5 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.36311e+06-0.28133e+06 0.

24、23347e+06 0.39547e+06 6 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.28133e+06-0.19954e+06 0.39547e+06 0.51636e+06 7 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.19954e+06-0.11776e+06 0.51636e+06 0.59613e+06 8 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.11776e+06 -35977. 0.59613e+06 0.63477e+06 9 -0.32142e+06-0.32142e+06 -35977. 45805. 0.63477e+06 0.6

25、3230e+06 10 -0.32142e+06-0.32142e+06 45805. 0.12759e+06 0.63230e+06 0.58871e+06 11 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.12759e+06 0.20937e+06 0.58871e+06 0.50401e+06 12 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.20937e+06 0.29115e+06 0.50401e+06 0.37818e+06 13 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.29115e+06 0.37294e+06 0.37818e+06 0.21

26、123e+06 14 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.37294e+06 0.45472e+06 0.21123e+06 3170.7 15 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.45472e+06 0.53650e+06 3170.7 -0.24601e+06 16 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.53650e+06 0.61829e+06-0.24601e+06-0.53631e+06 17 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.61829e+06 0.70007e+06-0.53631e+06-0.86773e+

27、06 18 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.70007e+06 0.78185e+06-0.86773e+06-0.12403e+07 19 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.78192e+06-0.70013e+06-0.12403e+07-0.86770e+06 20 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.70013e+06-0.61835e+06-0.86770e+06-0.53625e+06 21 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.61835e+06-0.53657e+06-0.53625e+06-0.245

28、91e+06 22 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.53657e+06-0.45478e+06-0.24591e+06 3300.2 23 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.45478e+06-0.37300e+06 3300.2 0.21140e+06 24 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.37300e+06-0.29122e+06 0.21140e+06 0.37837e+06 25 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.29122e+06-0.20944e+06 0.37837e+06 0.50423e+06

29、 26 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.20944e+06-0.12765e+06 0.50423e+06 0.58897e+06 27 -0.32142e+06-0.32142e+06-0.12765e+06 -45870. 0.58897e+06 0.63259e+06 28 -0.32142e+06-0.32142e+06 -45870. 35913. 0.63259e+06 0.63510e+06 29 -0.32142e+06-0.32142e+06 35913. 0.11770e+06 0.63510e+06 0.59648e+06 30 -0.32142e+

30、06-0.32142e+06 0.11770e+06 0.19948e+06 0.59648e+06 0.51675e+06 31 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.19948e+06 0.28126e+06 0.51675e+06 0.39589e+06 32 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.28126e+06 0.36304e+06 0.39589e+06 0.23392e+06 33 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.36304e+06 0.44483e+06 0.23392e+06 30833. 34 -0.32142e+0

31、6-0.32142e+06 0.44483e+06 0.52661e+06 30833. -0.21338e+06 35 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.52661e+06 0.60839e+06-0.21338e+06-0.49870e+06 36 -0.32142e+06-0.32142e+06 0.60839e+06 0.69018e+06-0.49870e+06-0.82515e+06 37 -91902. -91902. -0.14238e+06-0.12660e+06-0.21647e+06-0.14885e+06 38 -91902. -91902. -0.

32、12660e+06-0.11081e+06-0.14885e+06 -89173. 39 -91902. -91902. -0.11081e+06 -95022. -89173. -37430. 40 -91902. -91902. -95022. -79235. -37430. 6376.4 41 -91902. -91902. -79235. -63447. 6376.4 42245. 42 -91902. -91902. -63447. -47660. 42245. 70176. 43 -91902. -91902. -47660. -31873. 70176. 90170. 44 -9

33、1902. -91902. -31873. -16086. 90170. 0.10223e+06 45 -91902. -91902. -16086. -298.40 0.10223e+06 0.10634e+06 46 -91902. -91902. -298.40 15489. 0.10634e+06 0.10253e+06 47 -91902. -91902. 15489. 31276. 0.10253e+06 90770. 48 -91902. -91902. 31276. 47063. 90770. 71076. 49 -91902. -91902. 47063. 62850. 71

34、076. 43445. 50 -91902. -91902. 62850. 78638. 43445. 7876.6 51 -91902. -91902. 78638. 94425. 7876.6 -35629. 52 -91902. -91902. 94425. 0.11021e+06 -35629. -87073. 53 -91902. -91902. 0.11021e+06 0.12600e+06 -87073. -0.14645e+06 54 -91902. -91902. 0.12600e+06 0.14179e+06-0.14645e+06-0.21377e+06 55 -9190

35、2. -91902. -0.14180e+06-0.12601e+06-0.21377e+06-0.14645e+06 56 -91902. -91902. -0.12601e+06-0.11022e+06-0.14645e+06 -87061. 57 -91902. -91902. -0.11022e+06 -94437. -87061. -35611. 58 -91902. -91902. -94437. -78650. -35611. 7901.2 59 -91902. -91902. -78650. -62863. 7901.2 43476. 60 -91902. -91902. -6

36、2863. -47075. 43476. 71113. 61 -91902. -91902. -47075. -31288. 71113. 90813. 62 -91902. -91902. -31288. -15501. 90813. 0.10258e+06 63 -91902. -91902. -15501. 286.20 0.10258e+06 0.10640e+06 64 -91902. -91902. 286.20 16073. 0.10640e+06 0.10229e+06 65 -91902. -91902. 16073. 31861. 0.10229e+06 90237. 66

37、 -91902. -91902. 31861. 47648. 90237. 70250. 67 -91902. -91902. 47648. 63435. 70250. 42325. 68 -91902. -91902. 63435. 79222. 42325. 6462.3 69 -91902. -91902. 79222. 95010. 6462.3 -37338. 70 -91902. -91902. 95010. 0.11080e+06 -37338. -89075. 71 -91902. -91902. 0.11080e+06 0.12658e+06 -89075. -0.14875

38、e+06 72 -91902. -91902. 0.12658e+06 0.14237e+06-0.14875e+06-0.21636e+06 73 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.91370e+06 0.87373e+06 0.90367e+06 0.45433e+06 74 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.72220e+06 0.68224e+06 0.45433e+06 0.10127e+06 75 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.55490e+06 0.51494e+06 0.10127e+06-0.16768e+06

39、76 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.41268e+06 0.37272e+06-0.16768e+06-0.36512e+06 77 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.29432e+06 0.25435e+06-0.36512e+06-0.50305e+06 78 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.19701e+06 0.15704e+06-0.50305e+06-0.59205e+06 79 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.11687e+06 76904. -0.59205e+06-0.64076e+06

40、80 -0.54992e+06-0.54992e+06 49309. 9343.3 -0.64076e+06-0.65551e+06 81 -0.54992e+06-0.54992e+06 -10658. -50624. -0.65551e+06-0.64010e+06 82 -0.54992e+06-0.54992e+06 -68135. -0.10810e+06-0.64010e+06-0.59580e+06 83 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.12811e+06-0.16807e+06-0.59580e+06-0.52134e+06 84 -0.54992e+06

41、-0.54992e+06-0.19521e+06-0.23518e+06-0.52134e+06-0.41315e+06 85 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.27350e+06-0.31346e+06-0.41315e+06-0.26559e+06 86 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.36616e+06-0.40612e+06-0.26559e+06 -71449. 87 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.47523e+06-0.51519e+06 -71449. 0.17753e+06 88 -0.54992e+06-0.5

42、4992e+06-0.60120e+06-0.64117e+06 0.17753e+06 0.48985e+06 89 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.74263e+06-0.78259e+06 0.48985e+06 0.87327e+06 90 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.89559e+06-0.93555e+06 0.87327e+06 0.13336e+07 91 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.93556e+06 0.89559e+06 0.13336e+07 0.87327e+06 92 -0.54992e+06

43、-0.54992e+06 0.78259e+06 0.74263e+06 0.87327e+06 0.48985e+06 93 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.64116e+06 0.60119e+06 0.48985e+06 0.17753e+06 94 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.51517e+06 0.47520e+06 0.17753e+06 -71433. 95 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.40608e+06 0.36611e+06 -71433. -0.26555e+06 96 -0.54992e+06-0.

44、54992e+06 0.31339e+06 0.27343e+06-0.26555e+06-0.41307e+06 97 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.23508e+06 0.19511e+06-0.41307e+06-0.52122e+06 98 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.16794e+06 0.12798e+06-0.52122e+06-0.59561e+06 99 -0.54992e+06-0.54992e+06 0.10793e+06 67969. -0.59561e+06-0.63983e+06100 -0.54992e+06-0.

45、54992e+06 50421. 10455. -0.63983e+06-0.65513e+06101 -0.54992e+06-0.54992e+06 -9582.3 -49548. -0.65513e+06-0.64027e+06102 -0.54992e+06-0.54992e+06 -77175. -0.11714e+06-0.64027e+06-0.59142e+06103 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.15734e+06-0.19730e+06-0.59142e+06-0.50227e+06104 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.254

46、66e+06-0.29462e+06-0.50227e+06-0.36418e+06105 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.37302e+06-0.41298e+06-0.36418e+06-0.16659e+06106 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.51520e+06-0.55517e+06-0.16659e+06 0.10249e+06107 -0.54992e+06-0.54992e+06-0.68244e+06-0.72240e+06 0.10249e+06 0.45565e+06108 -0.54992e+06-0.54992e+06-0

47、.87382e+06-0.91378e+06 0.45565e+06 0.90503e+06109 -0.10857e+07-0.10748e+07-0.54992e+06-0.41197e+06-0.90367e+06-0.66897e+06110 -0.10748e+07-0.10638e+07-0.41197e+06-0.41197e+06-0.66897e+06-0.46774e+06111 -0.10638e+07-0.10528e+07-0.41197e+06-0.28526e+06-0.46774e+06-0.29769e+06112 -0.10528e+07-0.10418e+

48、07-0.28526e+06-0.28526e+06-0.29769e+06-0.15835e+06113 -0.10418e+07-0.10308e+07-0.28526e+06-0.16979e+06-0.15835e+06 -47436. 114 -0.10308e+07-0.10198e+07-0.16979e+06-0.16979e+06 -47436. 35502. 115 -0.10198e+07-0.10088e+07-0.16979e+06 -65562. 35502. 92754. 116 -0.10088e+07-0.99783e+06 -65562. -65562. 9

49、2754. 0.12478e+06117 -0.99783e+06-0.98684e+06 -65562. 27431. 0.12478e+06 0.13386e+06118 -0.98684e+06-0.97584e+06 27431. 27431. 0.13386e+06 0.12046e+06119 -0.97584e+06-0.96485e+06 27431. 0.10919e+06 0.12046e+06 86870. 120 -0.96485e+06-0.95386e+06 0.10919e+06 0.10919e+06 86870. 33537. 121 -0.95386e+06-0.94287e+06 0.10919e+06 0.17970e+06 33537. -37247. 122 -0.80049e+06-0.79007e+06 87800. 87800. 0.17923e+06 0.13855e+06123 -0.79007e+06-0.77964e+06 87800. 0.14444e+06 0.