隧道衬砌结构强度检算讲义

1、一、衬砌结构的计算模型隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别。 根据本工程浅埋及松散地层的特点， 使 用阶段结构安全性检算采用“荷载一结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支 护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。支护结构与围 岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均 采用弹簧单元模拟。组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相 应的单元结点上。具体计算模型见

2、图1。675 h-765E66 94 5 G S5 5FTr 15 泞 4号 35- 日-7 44 4534 746户二图1计算模型二、荷载计算围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的方法进行确定（双线隧 道）或参照铁路隧道设计规范，深浅埋分别计算。三、配筋计算结构强度检算和配筋计算应按照现行铁路隧道设计规范的方法进行。四、ANSYS操作过程1、更改路径和工作名2、进入前处理模块（preprocesso,(1)定义单元类型element type(2)定义实常数real constant定义材料参数 material props定义梁的截面特性sections(5)进入modeling进行

3、建模，生成几何模型(6)进行网格划分meshinga)给几何模型赋属性meshingmesh attributepicked lines(7)施加弹性约束ModelCreatpiping modelsspring support定义弹性抗力系数K和距离所选结构节点的相对距离 DX, DY, DZ加弹簧：!水平，在y轴左侧为-0.3;在y轴右侧为0.3*do,i,10,31a=150000000k=a*abs(ny(i+1)-ny(i-1)/2psprng,i,tran,k, -0.3,*enddo!竖向*do,i,10,31a=150000000k=a*abs(nx(i+1)-nx(i-1)/

4、2psprng,i,tran,k, , -0.3,*enddo3、进入求解器solution(1)定义分析类型 analysis typenew analysisstatic定义荷载define loads(3)设置荷载添加形式settingreplace vs addforce按如下图示设置(4)施加等效节点力define 10adsapplyforce编程实现)(5)施加重力define 10adsapp1yinertiagravityg1oba1(6)求解计算So1vecurrent LS4、后处理(general postproC(1)读入结果Read resu1ts1ast set(

5、2)查看变形图，(plot resu1tsdeformed shape检查弹簧约束范围是否正确 (所有 弹簧均应受压，即处于抗力区)否则添加或删除弹簧单元，重新计算。(3)定义单元表Element tab1edefine tab出现对话框后点击 add按钮，出现下列对话框：选才? by sequence num并在右下角SMISC,后分别键入数字“ 6”后点击apply按 钮。重复上述操作并分别键入数字“ 12”和“1”和，点击 OK,完成弯矩和轴 力的定义。查看内力图plot resultscontour plotline elem res, 查看弯矩云图查看轴力图(5)存储显示图形Plot

6、ctrlscapture image将文件另存即可。(6)列表显示计算结果List resultselem table data出现对话框，选择单元表定义的内容，点击ok然后将文件另存即可。附注：加载程序示意1.均布荷载(1)y方向荷载施加*do, i, 1, 10a=q*abs(nx(i)-nx(i+1)/2 f, i, fy, af, i+1, fy, a*enddo(2)x方向荷载施加*do, i, 1, 10a=q*abs(ny(i)-ny(i+1)/2f, i, fx, af, i+1, fx, a*enddo2.梯形荷载*set,shuxiang,292608.9*set,shan

7、gce,78149.5*set,xiace,127057.6!竖向荷载*do,i,5,18a=-shuxiang*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)f,i+1,fy,a f,i,fy,a *enddo!左水平荷载(11.82为梯形的高度)3指梯形上底对应的节点号12指梯形下底对应的节点号*do,i,3,11a=abs(ny(i)-ny(3)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(3)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i,fx,(

8、a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddo*do,i,22,26a=abs(ny(i)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddoa=abs(ny(1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(3)-ny(12)*(xiace-shangc

9、e)/11.82+shangce f,3,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,1,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)a=abs(ny(1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(22)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,22,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,1,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)!右水平荷载*do,i,12,20a=abs(ny(i)-ny(12)*(xiace-shan

10、gce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,-(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,i,fx,-(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddo*do,i,27,31a=abs(ny(i)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(i+1)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,i+1,fx,-(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1) f,i,fx,-(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)*enddoa=abs(ny(2)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(21)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce f,21,fx,(a/6+b/3)*abs(ny(i)-ny(i+1)f,2,fx,(a/3+b/6)*abs(ny(i)-ny(i+1)a=abs(ny(2)-ny(12)*(xiace-shangce)/11.82+shangce b=abs(ny(32)