ANSYS计算算例(结构-荷载法)

1、ANSYS计算算例 拱形结构算例 铁路隧道 公路隧道 地铁区间隧道(矿山法施工)矩形框架结构 地下街 地下停车场 地铁车站圆形结构 地铁区间隧道(盾构法施工)拱形结构分析步骤某单线电化铁路隧道衬砌如下图a. 岩体特性 岩体为 III 级围岩，隧道埋深100m；岩体重度23kN/m3 围岩的弹性反力系数1200KMPa/m，基底围岩弹性反力系数KK25. 1a。 b. 衬砌材料 采用 C20 混凝土；重度25hkN/m3，弹性模量27cEGPa 混凝土衬砌轴心抗压强度标准值ckf5 .13Mpa 混凝土轴心抗拉强度标准值ctkf7 . 1MPa。 一、选定分析模块Main menuprefere

2、nces 选定分析模块二、模型建立及网格划分1、单元类型的选定 梁单元：beam3 弹簧单元：combine14Main menu：PreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete弹出对话框重复选定单元 完成后,在单元类型框中显示选定的两种单元。2、定义单元的实常数梁单元实常数弹簧单元实常数Menu menu：PreprocessorReal constants出现下面对话框梁单元的实常数有三个：截面积bh（b1m，h0.4m） 惯性矩 bh312 梁高度 h3、定义衬砌材料属性 衬砌材料为混凝土材料：弹性模量Ec27 GPa27000000000Pa 泊松比0.

3、3 Menu menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Model 选中右框中StracturalLinearIsotropic，弹出输入常数对话框，输入弹性模量和泊松比。计算中考虑结构自重对结构内力的影响，还应在此输入材料的密度。 Nonlinear-Density4、模型建立（1）第一段圆弧的输入（圆心：0，3.41，起点： 0，0，圆心角：45） Menu menu：PreprocessorMaterial PropsModeling CreateLines ArcsBy Cent & Radius 在命令输入框中，先输入圆心坐标（0，-3.41）并

4、回车，再输入起点坐标（0，0）并回车后，弹出下图交互式对话框，并输入第一段圆弧的圆心角45。（2）第二段圆弧的输入（圆心：0.45，3.86，起点： -2.411234,-0.9987659，圆心角：33.85） 注意:第二段圆弧的起点是第一段圆弧的终点 Utility MenuListKeypointscoodinates only（3）直边墙的输入 第二段圆弧的终点即是直边墙的顶点，查出该点坐标为（-3.520017，-3.077515），并由此计算出直边墙底端点的坐标为（-3.520017，-7.507515） GUI：Main Menu Preprocessor CreateKeypo

5、intsIn Active CS 弹出交互式对话框，并输入直边墙底端坐标。 GUI：Main Menu Preprocessor CreateLineStraight Line。弹出如图所示拾取框，先拾取4点，再拾取5点。（4）映射生成完整结构 经过以上三步建模后，生成了半个结构，由于结构正对称，可通过映射生成完整结构。 GUI： Main MenuPreprocessorReflectLines 弹出拾取框，按拾取框拾取所有线条弹出对话框按键，映射出整个结构 生成圆弧、直线及映射过程中，点的编号又重复的现象，此时，应对点的编号进行合并和压缩。 GUI： Main MenuPreprocess

6、orNumbering CtrlsMerge Items(Compress Numbers ) 分别弹出以下对话框，在第一栏中选keypoints后确认即完成。5、结构网格划分将实体拱形结构划分为梁单元的组合体。（1）分配单元的属性 分配单元的属性相当于把单元指向模型的某些部分，其中单元属性包括：单元类型号、材料号、实常数号、坐标号等。有两种方法把单元属性分配到模型上。 直接分配属性到模型图元上； 定义默认属性集，通过分网把默认属性分配到图元上。 GUI： Main menuPreprocessorDefine， 单元属性定义的典型对话框如图：（2）网格划分 按0.4m长度划分单元。GUI：

7、Menu menuPreprocessorMeshtool， 在右图中按，并选取所有的线条后，即完成了网格划分。 按下述操作显示单元划分结果：GUI： Utility MenuPlotCtrlsNumberingcoodinates only6、生成径向弹簧单元 将围岩离散为弹簧单元，沿径向作用在结构的外侧。（1）局部坐标系的定义 在结构顶部设置径向弹簧时，需要定义局部柱坐标系，在当前活动坐标系中定义局部坐标系的命令为： CLOCAL,KCN,KCS,XL,YL,ZL,THXY,THYZ,THZX 其中： KCN 为局部坐标号，大于10； KCS 为坐标形式，0为直角坐标系，1为柱坐标系（Z轴

8、为旋转 轴），2为球坐标系， 3为柱坐标系（Y轴为旋转)； XL,YL,ZL定义局部坐标系原点在当前活动坐标系中的坐标； THXY,THYZ,THZX为相对转动角；定义后应激活该局部坐标系，才能在局部坐标系下操作，激活局部坐标系的操作为：GUI：Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toSpecified CoordSys然后在交互式对话框中输入相应的局部坐标号即激活了该坐标。以后的操作要回到原先全局坐标系，也应重新激活，操作为：GUI：Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to Global Cartesian Gl

9、obal Cylindrical/ Global Spherical其中：Global Cartesian为全局直角坐标系； Global Cylindrical为全局柱坐标系； Global Spherical为全局球坐标系。 （2） 顶部第一段圆弧径向弹簧的设置 A、定义局部坐标 在命令输入窗口中输入命令并回车： CLOCAL,11,1,0,-3.41,0,0,0,0B、生成弹簧单元 激活定义的11号局部坐标系，并按如下操作生成第一段圆弧的径向弹簧。弹出拾取框，拾取第一段圆弧上任意一点，弹出输入弹簧参数对话框： 需要输入的参数：K弹性系数； Kklb，k=1200MPa，l=0.4m，b=

10、1m DX、DY、DZ弹簧的另一端相对于选定端的偏移距离，直角坐标系中代表（dx,dy,dz），柱坐标系中代表（dr,d,dz），球坐标系中代表（dr,d,d）。按下重复拾取其他点，并重复上述操作，完成第一段圆弧的径向弹簧设置。 （2） 顶部第二、三段圆弧径向弹簧的设置 首先激活全局直角坐标，再定义第二、三段圆弧的局部坐标，并激活，然后按上一步中的B步分别生成两段圆弧上径向弹簧。 （3） 直边墙径向弹簧的设置 首先激活全局直角坐标，按（1）中B步分别生成直边墙径向弹簧。 注意DX，DY，DZ的代表意义及输入。1、荷载计算及转化 (1) 荷载计算 对深埋隧道用隧规推荐的统计法公式计算得： 竖向围

11、岩压力：q=54084.25Pa； 水平围岩压力：e0.15 q=8112.64Pa (2) 匀布荷载转化为等效节点荷载 将匀布荷载按如下步骤转化成等效节点力。 A、列出结构上所有节点坐标 GUI：Utility MenuListNodes三、加载及约束列出将所有的节点坐标文件，并将其保存成另外一个文件（3） 将等效节点荷载加在结构上 加载命令为：F，n，FX，num或F，n，FY，num 其中：F为加载命令， n为节点号， FX、 FY分别为为X、Y方向的力， num为力的大小。 在excel 中将等效节点力计算出来，并将其整理成加载命令的表格形式，在word中转化成命令流形式。 A、粘贴加

12、入 将word中的命令流直接粘贴到ANSYS的命令输入窗口然后回车,注意：ANSYS 需进入加载模块后方可进行粘贴，否则粘贴无效。 GUI：Menu MainApplyB、文件导入 将编辑好的命令流存为.TXT文本文件。然后用ANSYS导入。例如文件名存为load1.txt，其导入为： GUI：Utility MenuRead Input From2、约束的设置 对于拱形结构，约束墙底的水平位移，同时为避免结构整体沉降大，使弹簧全部受拉，往往也约束墙底的竖直位移。 GUI：Menu Main SolutionApplyDisplacementOn Nodes拾取基底两节点选取UX,UY并输入限制位移值03、惯性荷载加入 惯性荷载是与质量相关的荷载