隧道ansys计算程序算例——荷载结构模式

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隧道ansys计算程序算例_荷载结构模式

选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面.该断面设计单位采用的支护结构如图3-3所示。

为保证结构的安全性.采用了荷载—结构模型.利用ANSYS 对其进行计算分析。

主要参数如下：●隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm.隧道仰拱衬砌厚度为85cm。

●采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。

●隧道围岩是Ⅳ级,洞跨是5.36米.深埋隧道。

●隧道仰拱下承受水压.水压0.2MPa。

图 3-3 隧道支护结构断面图隧道围岩级别是Ⅳ级.其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表3-3所示。

根据《铁路隧道设计规范》.可计算出深埋隧道围岩的垂直匀布力和水平匀布力。

对于竖向和水平的分布荷载.其等效节点力分别近似的取节点两相临单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布荷载的总和。

自重荷载通过ANSYS程序直接添加密度施加。

隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向载置换为等效节点力,分解为水平竖直方向加载。

3.3.3 GUI操作方法3.3.3.1 创建物理环境1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher】.得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框。

2）选中【File Management】.在“Working Directory”栏输入工作目录“D:\ansys\example301”.在“Job Name”栏输入文件名“Support”。

3）单击“RUN”按钮.进入ANSYS10.0的GUI操作界面。

4）过滤图形界面：Main Menu> Preferences.弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框.选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。

5）定义工作标题：Utility Menu> File> Change Title.在弹出的对话框中输入“Tunnel Support Structural Analysis”.单击“OK”.如图3-4所示。

荷载结构法计算公路隧道命令流

荷载－结构法计算公路隧道命令流Sd.mac! 荷载－结构模型的ANSYS分析! 0. A NSYS环境设定finish/clear/com,strucral/title,Study on Construction Mechanical Behavior of ×× tunnel! 一前处理! 1. 参数定义DefineParameter! 2. 实体建模GenModel! 3. 划分网格GenGrid! 4. 生成部件GenCom! 5. 改变梁单元圆弧段的法线方向ReverseArc! 6. 计算等效节点荷载LoadTunnel! 二加载与求解Calculate! 三计算结果分析PostDefineParameter.mac! 1. 参数定义! (1) 常数设定! 设置角度单位! 设置角度单位为弧度*afun,rad! 弧度转角度因子PI=acos(-1)RadToDeg=180/PIDegToRad=PI/180! 设置角度单位为度*afun,degg=10! (2) 几何参数设定! 本程序中原点取为隧道衬砌中心线与起拱线交点 ! 隧道衬砌内轮廓拱部圆弧圆心x_1=0y_1=0! 隧道衬砌内轮廓拱部圆弧半径R_1=5.7! 隧道衬砌内轮廓拱部圆弧对应圆心角φphi_1=180! 隧道衬砌内轮廓拱部圆弧网格划分份数num_1=12! 隧道衬砌内轮廓边墙部位圆弧圆心x_2=-2.5y_2=0! 隧道衬砌内轮廓边墙部位圆弧半径R_2=8.2! 隧道衬砌内轮廓边墙部位对应圆心角phi_2=17.7508! 隧道衬砌内轮廓边墙上部圆弧网格划分份数num_2=4! 隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧圆心x_3=4.35722y_3=-0.2-1.995! 隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧半径R_3=1! 隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧对应圆心角phi_3=53.2492! 隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧网格划分份数num_3=2! 隧道衬砌内轮廓仰拱圆心x_4=0y_4=12.454-1.995! 隧道衬砌内轮廓仰拱半径R_4=14.383! 隧道衬砌内轮廓仰拱部位圆弧对应圆心角phi_4=38! 隧道衬砌内轮廓仰拱部位圆弧网格划分份数num_4=6! 隧道半衬砌网格划分份数num_totle=num_1+num_2+num_3+num_4! 二次衬砌厚度T_SecLin=0.55! 二次衬砌面积A_SecLin=1*T_SecLin! 二次衬砌惯性矩I_SecLin=T_SecLin**3/12! 二次衬砌中钢筋纵距D_Steel_z=0.2! 每米二次衬砌中钢筋根数N_Steel=2*1/D_Steel_z! Ф22钢筋面积A_Steel=N_Steel*380*1e-6! 弹性链杆(面积)A_link=1! 隧道单洞开挖最大宽度B=2*R_1! 隧道单洞开挖最大高度H=(R_1+y_1)+(R_4-y_4)! 隧道埋深,mh_Tunnel=15! (3) 材料参数设定! 二次衬砌材料参数：C30砼! 二次衬砌密度,kg/m^3DENS_SecLin=2.5e3! 二次衬砌泊松比U_SecLin=0.2! C30混凝土弹性模量，PaE_Concrete=31e9! 钢材弹性模量，PaE_Steel=210e9! 二次衬砌弹性模量，PaE_SecLin=E_Concrete+E_Steel*A_Steel/A_SecLin! 围岩参数! 围岩重度γ,N/m^3r_Rock=20.8e3! 围岩密度,kg/m^3DENS_Rock=r_Rock/g! 土的泊松比uU_Rock=0.35! 围岩弹性抗力系数(Pa/m)k_Rock=150e6! 土的侧压力系数λlambda_Rock=0.28! 计算弹性链杆折算弹性模量，Pa ! 节点对应衬砌长度! l=(l1+l2)/2! E_Rock=k1*l! (4) 定义单元类型! 进入前处理器/prep7! 定义梁单元et,1,beam3! 定义链杆单元et,2,link10! 设为只受压keyopt,2,3,1! (5) 定义实常数! 定义梁单元的面积、惯性矩和梁高r,1,A_SecLin,I_SecLin,T_SecLin ! 定义链杆单元的实常数(面积)r,2,A_link! (6) 定义材料属性! 二次衬砌材料属性,C30mp,ex,1,E_SecLinmp,prxy,1,U_SecLinmp,dens,1,DENS_SecLin! 链杆单元属性!mp,ex,2,E_RockGenModel.mac! 2. 实体建模! (1)显示设置! 显示点，线，面的编号/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1! 生成二次衬砌中心线内轮廓profile,T_SecLin/2! 合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,alllplot! 显示点，线，面的编号/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,0Profile.mac! 建立隧道轮廓几何模型! 设置所建轮廓与隧道内轮廓距离Dis=ARG1! 取得当前关键点最大编号*get,Kmax,kp,,num,max! 取得当前线最大编号*get,Lmax,line,,num,max! 恢复默认坐标系csys,0! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 工作平面偏移wpoffs,x_1,y_1! 在工作平面处建立11号局部坐标系! 生成关键点k,Kmax+1,r_1+Dis,90k,Kmax+2,r_1+Dis,90-phi_1/2! 生成隧道初期支护拱部圆弧l,Kmax+1,Kmax+2! 恢复默认坐标系csys,0! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 工作平面偏移wpoffs,x_2,y_2! 在工作平面处建立12号局部坐标系cswpla,12,1! 生成关键点k,Kmax+3,r_2+Dis,-phi_2l,Kmax+2,Kmax+3! 恢复默认坐标系csys,0! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 工作平面偏移wpoffs,x_4,y_4! 在工作平面处建立13号局部坐标系cswpla,13,1! 生成关键点k,Kmax+4,r_4+Dis,-(90-phi_4/2)k,Kmax+5,r_4+Dis,-90l,Kmax+4,Kmax+5! 恢复默认坐标系csys,0! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 工作平面偏移wpoffs,x_3,y_3! 在工作平面处建立14号局部坐标系! 生成线l,Kmax+3,Kmax+4! 恢复默认坐标系csys,0! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,all! 自动调整大小/auto,1GenGrid.mac! 3. 划分网格! (1) 划分隧道二次衬砌线单元! 梁单元划分! 设置单元类型type,1! 设置实常数real,1! 设置材料属性mat,1! <1> 划分二次衬砌拱部圆弧线单元! 选择线lsel,s,line,,1! 设置线的划分段数lesize,all,,,num_1! 划分线lmesh,allallsel,all! <2> 划分二次衬砌边墙圆弧线单元! 选择线lsel,s,line,,2! 设置线的划分段数lesize,all,,,num_2! 划分线lmesh,allallsel,all! <3> 划分二次衬砌拱脚部位圆弧线单元! 选择线lsel,s,line,,4! 设置线的划分段数lesize,all,,,num_3! 划分线lmesh,allallsel,all! <4> 划分二次衬砌仰拱部位圆弧线单元! 选择线lsel,s,line,,3! 设置线的划分段数lesize,all,,,num_4! 划分线lmesh,allallsel,all! <5> 反射线lsymm,x,all,,,,0,0allsel,all! 合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,all! (2)生成弹性链杆外缘节点! <1> 生成拱部圆弧对应弹性链杆外缘节点! 选择线lsel,s,line,,1,5,4! 选择所选线上的节点nsll,r,1! 切换坐标系csys,11! 平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0allsel,all! 恢复默认坐标系csys,0! <2> 生成边墙部位圆弧对应弹性链杆外缘节点 ! 生成边墙右上部圆弧对应弹性链杆外缘节点! 选择线lsel,s,line,,2! 选择所选线上的节点nsll,r,1! 切换坐标系csys,12! 平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0allsel,all! 恢复默认坐标系csys,0! 生成边墙左上部圆弧对应弹性链杆外缘节点! 选择线lsel,s,line,,6! 选择所选线上的节点nsll,r,1! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 工作平面偏移wpoffs,-x_2,y_2! 在工作平面处建立16号局部坐标系cswpla,16,1! 平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0allsel,all! 恢复默认坐标系csys,0! <3> 生成拱脚部位圆弧对应弹性链杆外缘节点 ! 生成右拱脚部位圆弧对应弹性链杆外缘节点! 选择线lsel,s,line,,4! 选择所选线上的节点nsll,r,1! 切换坐标系csys,14! 平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0allsel,all! 恢复默认坐标系csys,0! 生成左拱脚部位圆弧对应弹性链杆外缘节点! 选择线lsel,s,line,,8! 选择所选线上的节点nsll,r,1! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! 工作平面偏移wpoffs,-x_3,y_3! 在工作平面处建立15号局部坐标系cswpla,15,1! 平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0allsel,all! 恢复默认坐标系csys,0! 工作平面与当前坐标系重合wpcsys! <4> 生成仰拱部位圆弧对应弹性链杆外缘节点! 选择线lsel,s,line,,3,7,4! 选择所选线上的节点nsll,r,1! 切换坐标系csys,13! 平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0! 恢复默认坐标系csys,0allsel,all! 合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,all! (3) 生成弹性链杆单元GenLinkGenLink.mac! 计算弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元! 弹性链杆单元划分! 设置单元类型type,2! 设置实常数real,2! (1) 计算右侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元! 选择弹性链杆内缘节点! 选择线lsel,s,line,,1,4,1! 选择所选线上的节点nsll,r,1nplot! 读取所选取节点总数*get,Nnum,node,0,count! 切换坐标系csys,11node_Last=0node_Cur=node(R_1+T_SecLin,90,0)node_Next=nnear(node_Cur)! 恢复默认坐标系csys,0! 循环计算右侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元*do,i,1,Nnum! 计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度! 计算当前节点处弹性链杆对应上侧衬砌单元长度*if,i,eq,1,thenl_Last=distnd(node_Cur,node_Next)*elsel_Last=distnd(node_Last,node_Cur)*endif! 计算当前节点处弹性链杆对应下侧衬砌单元长度*if,i,eq,Nnum,thenl_Next=distnd(node_Last,node_Cur)*elsel_Next=distnd(node_Cur,node_Next)*endif! 计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度l_Cur=(l_Last+l_Next)/2! 计算弹性链杆折算弹性模量，Pa! N=k*x! N=E*ε*A=E*(x/l)*AE_Rock=k_Rock*l_Cur/A_link! 定义链杆单元属性mp,ex,i+1,E_Rock! 设置材料属性mat,i+1! 生成链杆单元e,node_Cur,node_Cur+2*num_totle! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Last=node_Curnode_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all! (2) 计算左侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元! 选择弹性链杆内缘节点! 选择线lsel,s,line,,5,8,1! 选择所选线上的节点nsll,r,1nplot! 读取所选取节点总数*get,Nnum,node,0,count! 切换坐标系csys,11node_Last=0node_Cur=node(R_1+T_SecLin,90,0)node_Next=nnear(node_Cur)! 恢复默认坐标系csys,0! 循环计算左侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元*do,i,1,Nnum-1*if,i,ne,1,then! 计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度 ! 计算当前节点处弹性链杆对应上侧衬砌单元长度 l_Last=distnd(node_Last,node_Cur)! 计算当前节点处弹性链杆对应下侧衬砌单元长度 l_Next=distnd(node_Cur,node_Next) ! 计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度l_Cur=(l_Last+l_Next)/2! 计算弹性链杆折算弹性模量，Pa! N=k*x! N=E*ε*A=E*(x/l)*AE_Rock=k_Rock*l_Cur/A_link! 定义链杆单元属性mp,ex,i+num_totle+2,E_Rock! 设置材料属性mat,i+num_totle+2! 生成链杆单元e,node_Cur,node_Cur+2*num_totle*endif! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Last=node_Curnode_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddo! 删除临时参数l_Last=l_Cur=l_Next=node_Last=node_Cur=node_Next=Nnum=allsel,all! 合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,all! 显示节点的编号/pnum,node,1eplotGenCom.mac! 4. 生成部件与组件! (1) 生成二次衬砌节点组件! 选择梁单元esel,s,type,,1! 选择梁单元上的节点nsle,r! 生成部件cm,CM_Beam_node,nodeallsel,all! 切换到极坐标系csys,2! <1> 生成二次衬砌右上侧节点组件! 选择部件cmsel,s,CM_Beam_node! 选择节点nsel,r,loc,y,0,90! 生成部件cm,CM_Beam_Rig_Top_node,nodeallsel,all! <2> 生成二次衬砌左上侧节点组件! 选择部件cmsel,s,CM_Beam_node! 选择节点nsel,r,loc,y,90,180! 生成部件cm,CM_Beam_Lef_Top_node,nodeallsel,all! <3> 生成二次衬砌左下侧节点组件! 选择部件cmsel,s,CM_Beam_node! 选择节点nsel,r,loc,y,180,270! 生成部件cm,CM_Beam_Lef_Bot_node,nodeallsel,all! <4> 生成二次衬砌右下侧节点组件! 选择部件cmsel,s,CM_Beam_node! 选择节点nsel,r,loc,y,0,-90! 生成部件cm,CM_Beam_Rig_Bot_node,nodeallsel,all! 恢复默认坐标系csys,0! (2) 生成弹性链杆外缘节点组件! 选择部件cmsel,s,CM_Beam_node! 反向选择nsel,inve! 生成部件cm,CM_Link_outside_node,nodeallsel,allReverseArc.mac! 6. 改变梁单元圆弧段的法线方向! 改变隧道左侧初期支护圆弧段的法线方向! 选择线lsel,s,loc,x,0,-Blreverse,all,0allsel,all! 显示线lplotLoadTunnel.mac! 6. 计算等效节点荷载! 二次衬砌分担荷载比例系数factor=1! (1) 计算隧道荷载! 计算上侧竖直荷载Pressure_Top=435.8e3! 计算下侧竖直荷载Pressure_Bot=0! 计算上侧水平荷载Pressure_Top_Hor=179.2e3! 计算下侧水平荷载Pressure_Bot_Hor=239.1e3! (2) 计算等效节点荷载LoadNodeLoadNode.mac! 计算等效节点荷载并写入文件! (1) 定义数组变量贮存节点号和等效节点荷载allsel,all! 选择所有衬砌节点cmsel,s,CM_Beam_node! 读取所选取节点总数*get,Nnum,node,0,count! 读取所选取节点中最小节点号*get,Nmin,node,0,num,min! 定义一个Nnum行4列的数组! 数组第1列储存节点号*dim,P,array,Nnum,4,1! 令node_Cur等于所选取节点中最小节点号node_Cur=Nmin! 保存节点号*do,i,1,Nnum! 保存当前节点号P(i,1)=node_Cur! 令K等于下一个所选取节点号node_Cur=ndnext(node_Cur)*enddoallsel,all! (2) 计算上侧等效节点荷载! 选择衬砌上侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Top_nodenplot! 读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count! 切换坐标系csys,11! 取得当前节点号node_Cur=node(R_1+T_SecLin/2,0,0)! 恢复默认坐标系csys,0! 取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1! 计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo! 计算X方向坐标差dx=abs(nx(node_Next)-nx(node_Cur)) P(Loc_CurNode,3)=P(Loc_CurNode,3)-Pressure_Top*dx/2P(Loc_NextNode,3)=P(Loc_NextNode,3)-Pressure_Top*dx/2P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)+Pressure_Top*dx**2/12 P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)-Pressure_Top*dx**2/12 ! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all! (3) 计算下侧等效节点荷载! 选择衬砌下侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Bot_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Bot_nodenplot! 读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count! 切换坐标系csys,11! 取得当前节点号node_Cur=node(R_1+T_SecLin/2,0,0)! 恢复默认坐标系csys,0! 取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1! 计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Next在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo! 计算X方向坐标差dx=abs(nx(node_Next)-nx(node_Cur)) P(Loc_CurNode,3)=P(Loc_CurNode,3)+Pressure_Bot*dx/2P(Loc_NextNode,3)=P(Loc_NextNode,3)+Pressure_Bot*dx/2P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)-Pressure_Bot*dx**2/12 P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)+Pressure_Bot*dx**2/12 ! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all! (4) 计算左侧节点处水平压力! 选择衬砌左侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Lef_Bot_nodenplot! 读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count! 切换坐标系csys,11! 取得上侧节点号node_Top=node(R_1+T_SecLin/2,90,0)! 切换坐标系csys,13! 取得下侧节点号node_Bot=node(R_4+T_SecLin/2,-90,0)! 恢复默认坐标系csys,0! 取得当前节点号node_Cur=node_Top! 定义数组存放左侧节点处水平压力! 定义一个Nnum_Cur行2列的数组*dim,Q,array,Nnum_Cur,2,1! 定义临时变量t=Pressure_Bot_Hor-Pressure_Top_Hor! 保存节点号与节点处水平荷载*do,i,1,Nnum_Cur! 保存当前节点号Q(i,1)=node_Cur! 保存当前节点处水平荷载Q(i,2)=Pressure_Top_Hor+t*(ny(node_Cur)-ny(node_Top))/(ny(node_Bot)-ny(node_Top))! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Cur=nnear(node_Cur)*enddoallsel,all! 选择衬砌左侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Lef_Bot_nodenplot! 取得当前节点号node_Cur=node_Top! 取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1! 计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Next在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Cur在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode_Q=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Next在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Next,then Loc_NextNode_Q=j*exit*endif*enddo! 计算Y方向坐标差dy=abs(ny(node_Next)-ny(node_Cur))P(Loc_CurNode,2)=P(Loc_CurNode,2)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)*7+Q(Loc_NextNode_Q,2)*3)*dy/20P(Loc_NextNode,2)=P(Loc_NextNode,2)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)*3+Q(Loc_NextNode_Q,2)*7)*dy/20 P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)/20+Q(Loc_NextNode_Q,2)/30)*dy**2 P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)-(Q(Loc_CurNode_Q,2)/30+Q(Loc_NextNode_Q,2)/20)*dy**2 ! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all! 删除临时参数Q(1,1)=! (5) 计算右侧节点处水平压力! 选择衬砌右侧节点cmsel,s,CM_Beam_Rig_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Bot_nodenplot! 读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count! 切换坐标系csys,11! 取得上侧节点号node_Top=node(R_1+T_SecLin/2,90,0)! 切换坐标系csys,13! 取得下侧节点号node_Bot=node(R_4+T_SecLin/2,-90,0)! 恢复默认坐标系csys,0! 取得当前节点号node_Cur=node_Top! 定义数组存放左侧节点处水平压力! 定义一个Nnum_Cur行2列的数组*dim,Q,array,Nnum_Cur,2,1! 定义临时变量t=Pressure_Bot_Hor-Pressure_Top_Hor! 保存节点号与节点处水平荷载*do,i,1,Nnum_Cur! 保存当前节点号Q(i,1)=node_Cur! 保存当前节点处水平荷载Q(i,2)=Pressure_Top_Hor+t*(ny(node_Cur)-ny(node_Top))/(ny(node_Bot)-ny(node_Top))! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Cur=nnear(node_Cur)*enddoallsel,all! 选择衬砌右侧节点cmsel,s,CM_Beam_Rig_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Bot_nodenplot! 取得当前节点号node_Cur=node_Top! 取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1! 计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Next在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Cur在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode_Q=j*exit*endif*enddo! 计算节点node_Next在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode_Q=j*exit*endif*enddo! 计算Y方向坐标差dy=abs(ny(node_Next)-ny(node_Cur))P(Loc_CurNode,2)=P(Loc_CurNode,2)-(Q(Loc_CurNode_Q,2)*7+Q(Loc_NextNode_Q,2)*3)*dy/20 P(Loc_NextNode,2)=P(Loc_NextNode,2)-(Q(Loc_CurNode_Q,2)*3+Q(Loc_NextNode_Q,2)*7)*dy/20 P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)-(Q(Loc_CurNode_Q,2)/20+Q(Loc_NextNode_Q,2)/30)*dy**2 P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)/30+Q(Loc_NextN ode_Q,2)/20)*dy**2 ! 从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur! 计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,allnplot! 删除临时参数dx=Nmin=Nnum=Nnum_Cur=node_Cur=node_Next=node_Top=node_Bot=Loc_CurNode=Loc_NextNode=Loc_CurNode_Q=Loc_NextNode_Q=i=j=t=dx=dy=Q(1,1)=! (6) 输出等效节点力! 打开新文件mydata.mac(如存在则覆盖原文件)*cfopen,mydata,mac*vwrite,P(1,1),P(1,2) !施加X方向等效节点力('F,',f6.0,',FX,',f18.4) !写入格式*vwrite,P(1,1),P(1,3) !施加Y方向等效节点力('F,',f6.0,',FY,',f18.4) !写入格式*vwrite,P(1,1),P(1,4) !施加Z方向等效节点弯矩('F,',f6.0,',MZ,',f18.4) !写入格式*cfclos !关闭文件! 删除临时参数P(1,1)=Calculate.mac! 二加载与求解! 1. 设定求解选项。

引水隧洞ansys有限元分析计算书.doc

1.工程概况**水电站位于省**县**河上游主源上，是以发电为主的高水头引水式电站，其中引水隧洞长约18.05km，布置在河流左岸，洞线均处于中高山区，隧洞埋深大，一般在350～450之间，最浅处在火石溪沟，垂直覆厚约为25m，隧洞底坡按2.03‰控制，进水口底板高程为1326m，末端底板高程为1289.42m。

，建筑物级别为3级。

计算目的：本计算仅针对尾部水头116米的高水头钢筋砼衬砌段进行内力分析及配筋计算，断面形式为外马蹄形开挖、过水断面为圆形的衬砌形式。

⑴分别建立2维、3维有限元进行分析，并进行结果合理性分析比较。

⑵根据建立的模型，分析砼和围岩的在受到内水压力和自重应力情况下，其应力应变分布规律。

⑶分别根据3维钢筋应力成果及采用线弹性beam3单元模拟砼的2维内力计算成果，进行裂缝计算和结构配筋分析。

⑷合理性论证：采用本次计算方法，对86米水头马蹄形衬砌断面进行2维线弹性分析，并与理工大计算成果进行比较，进行合理性论证；⑸对于圆形钢筋砼衬砌以外的马蹄形开挖回填砼，采用按照实际情况计算同将该部分作为安全储备，等同围岩考虑的计算进行比较，分析应力差别，论证通常计算将该部分作为安全储备，等同围岩考虑的计算的思路的合理性。

2.不同模拟计算方法的理论常用的钢筋砼有限元有分离式、组合式和整体式3种，分离式是把钢筋和混凝土各自划分为足够小的单元，两者之间使用联结单元模拟其粘结滑移；组合式模型把钢筋和混凝土包含在一个单元中，分别计算钢筋和混凝土对单元的贡献；整体式模型也钢筋和混凝土包含在一个单元中，但统一考虑钢筋和混凝土的作用。

在ansys中对3维钢筋混凝土提供了solid65单元，其concr属性通过定义砼的极限受拉强度和受压强度，就可以确定混凝土在多向应力状态下的破坏准则，计算采用(William and Warnke 1975[4])准则。

用来模拟混凝土的破坏，而且通过定义单元中不同方向的钢筋体积比和钢筋材料属性，模拟钢筋混凝土的材料。

同济大学Ansys隧道荷载结构法算例

结构混凝土参数混凝土标号弹性模量eknmkpa惯性模量im25号混凝土2850000000000180600ansys计算在ansys中需要将荷载转化为节点荷载需要输出ansys结点坐标用excel计算等效节点荷载
隧道荷载结构法算例 1．问题描述：
主要截面尺寸如图 1 所示， R 1 5.2m ， R2 8.8m 。内轮廓采用曲墙拱三心圆拱。弹性抗力系数取为 k 1.5 10 kN / m 。衬砌厚度为 0.6m，截面的物理参数如表所示。
建立局部柱坐标系，施加径向弹簧（用 PSPRNG 命令）。根据计算结果中弹簧是否收拉，对结果进行迭代计算。第 1 次计算结果如下图所示。
图5
结构变形图
删除受拉弹簧后的计算结果如下图。
图6 命令流： /prep7 et,1,beam3 mp,ex,1,2.85e10 mp,prxy,1,0.25 r,1,0.6,0.018,0.6 k,1,0,5.2 k,2,-5.2,0 k,3,-5.0797,-1.45 k,4,0,0 k,5,3.6,0 larc,1,2,4,5.2 larc,2,3,5,8.8 lesize,1,,,8 lesize,2,,,2 lmesh,all /pnum,node,1 nplot nlist !compute nodal force in excel f,1,fx,1.249456357 f,3,fx,4.949809522 f,4,fx,9.709400641
finish /solu solve finish /post1 pldisp,1 !check springs with traction (+ means traction) etable,sforce,smisc,1 pretab,sforce !delete springs with tractions and recalculate here ! etable,m1,smisc,6 etable,m2,smisc,12 plls,m1,m2,-1

ANSYS系统在隧道结构计算中应用条件

浅谈ANSYS系统在隧道结构计算中的应用条件摘要：在公路隧道设计与施工中，为了提前判断在开挖和支护工程中隧道的结构安全性，隧道结构计算的数值研究方法就成为了一种重要的设计依据和施工控制措施。

本文提供了一种方法，即利用ansys软件模拟隧道结构在开挖个步骤中的计算模式与应用条件。

关键词：隧道结构ansys模拟隧道的结构分析是利用工程力学原理，选取合理的介质，通过相似模型体系对其结构进行计算，具体过程一般通过两个途径来进行，其一是利用相似性理论，采取合理的相似系数，在室内通过模型试验来模拟实际的工程问题。

其二是数值计算，这种方法伴随着计算机的发展有了长足的进步。

目前，伴随着岩土力学的发展，再加上计算机的普遍使用及其性能的不断提高，有限元法成为发展最迅速的用于隧道结构分析的数值计算方法。

有限元法先将结构分解为有限的小单元，在每一个单元上，利用弹性力学、弹塑性力学等力学理论建立力学性能参数之间的关系，然后根据位移或者应力协调条件把这些小单元组合起来，求出整体结构的力学特征。

因为有限元法是利用矩阵代数方法求解方程组，而矩阵代数建立的方程组非常方便与计算机的存储与求解，所以，有限元法非常适用于分析复杂的地下结构。

1模型的建立利用ansys来模拟隧道开挖过程，有两种建模方法，一个是建立真三维的模型，三维模型不仅可考虑围岩的流变特性，还能考虑开挖和支护的空间效应，能保证较好的计算精度。

但是建模复杂，计算时间长，且费用较高。

另一种建模方法是建立二维模型，即按平面应变问题来处理，隧道在长度方向的尺寸比横截面的尺寸大得多 ,在忽略掘进的空间效应及岩石流变效应的影响时 ,计算模型取为平面应变是可行的。

另外，可以通过各阶段相应的初始应力释放系数来考虑开挖过程和支护时间早晚对围岩及支护受力的影响。

本文采用后者建立有限元模型。

相对于整个岩体而言，开挖所引起的应力重分布的区域是有限的，因而要确定计算模型的范围。

实践和理论分析表明，对于地下洞室开挖后的应力应变，仅在洞室周围距洞室中心点3～5倍洞室开挖宽度（或高度）的范围内存在实际影响。

基于ANSYS的隧道二衬内力计算[详细]

后处理
• 执行Main Menu>General Postproc>Read Results>Last Set命令，读取计算结果。
• 查看隧道衬砌支护结构变形图：Main Menu • >General Postproc>Plot Results>Deformed shape，弹
出一个“Plot Deformed Shape”的对话框，选中 “Def+undeformed”并单击“OK”，出现隧道衬砌支护结构变形图。
14单元网格划分：执行Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，在Element Attributes栏选择Lines，单击右边Set按钮，选中L1后单击OK，弹出为线分配单元属性对话框，为L1选取1号材料、1号实常数、1号单元和1号截面。单击OK回到 MeshTool对话框。
通过Excel工作表将各等效节点荷载整理为命令流。
小技巧：把荷载命令列、节点号列、荷载属性列、荷载大小列现在Excel里编好，再另存为CSV类型，出现对话框都确定。然后用记事本打开。
• 18、施加等效节点荷载
• 将命令流粘贴到ANSYS输入窗口中，回车。单击SAVE-DB存盘。
• 19、施加径向弹簧
• 3、选择文件菜单，将文件输出成SAT文件类型并进行保存。
•
ANSYS中操作
• 1、打开ansys软件 • 在ansys 软件中将保存
的sat文件打开，过程如图。
• 2、sat文件在ansys中的显示，选择front view 平面图。
3、选择重新设置
4、显示面域 plot →areas

隧道结构设计的荷载-结构法的流程

隧道结构设计的荷载-结构法的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!隧道结构设计的荷载-结构法流程解析在隧道工程的设计中，荷载-结构法是一种常用且重要的方法。

荷载—结构法在隧道支护结构受力分析中的应用

荷载—结构法在隧道支护结构受力分析中的应用摘要: 隧道施工运营过程中，隧道支护结构的受力是关注的重点。

本文基于某深埋双线公路隧道，采用荷载—结构模型通过数值模拟的方法对隧道支护结构受力进行了分析评价，指出了隧道结构最不利受力和位移位置。

关键词: 荷载—结构法；洞隧道受力；支护结构；中图分类号：455.47 文献标识码：A1.工程概况1.1 工程简介某隧道设计为时速250km/h的双线隧道。

采用荷载—结构法对支护结构的受力情况进行分析。

计算时埋深取用50m，地层采用Ⅴ级围岩。

图1-为双线隧道断面尺寸图。

[1] [2] [3]图1-深埋双线隧道断面尺寸图1.2 工程结构及地质参数Ⅴ级围岩隧道初期支护厚25cm，二次衬砌厚45cm,初期支护采用C25喷射混凝土，参照《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005），结构衬砌参数以及围岩参数取值如下表1-与表1-所示。

表1-围岩参数泊松比表1-衬砌参数1.建模与计算2.1 荷载计算（1）地基弹簧参数计算计算该隧道Ⅴ级围岩的地基弹簧参数：（2）验算坑道的高度与跨度之比故满足高跨比的要求。

（3）天然拱高度因，故。

故根据深、浅埋隧道的判定原则：因隧道埋深，故隧道属于深埋隧道。

故竖向围岩松动压力：不同围岩，其侧压力系数不同，因此水平围岩压力e也不同。

Ⅴ级围岩水平围岩压力：将围岩压力进行汇总，如下表所示。

表2-隧道围岩压力汇总2.2 模型建立根据隧道支护结构尺寸信息，采用ANSYS软件进行建模，隧道衬砌尺寸选取二衬的中轴线，二衬厚度为0.45m，模型尺寸如图2-所示。

图2-模型尺寸图（单位：m）ANSYS模型中衬砌用梁单元进行模拟，土层用弹簧单元进行模型。

2.3 模型计算对模型进行约束加载后，得到其变形图，如下图所示。

图2-2加载后模型变形图从变形图结果可看出，隧道断面拱顶部分弹簧处于受拉状态，而实际上结构衬砌与围岩之间粘结力较弱，二者之间几乎不承受拉力，故拱顶部位弹簧承受拉力不合理，因此应先去掉部分受拉弹簧重新进行计算，如此反复，直至不出现受拉弹簧为止。

ansys隧道荷载结构法命令流及设计师对隧道设计的经验总结

/prep7*set,shuxiang,276170 !竖向荷载*set,zuoce,125500 !水平荷载*set,youce,-125500*set,jizhongli,-100000 !地震集中力*set,uxishu,136.966e6*0.5 !水平弹性抗力系数*set,vxishu,87.4348e6*0.5 !竖向弹性抗力系数!定义单元类型、实常数及材料性质et,1,beam3r,1,0.3,0.00225,0.3mp,ex,1,3.1e10 !弹性模量mp,dens,1,2500 !密度mp,prxy,1,0.167 !泊松比!创建几何模型画点k,1,0,2.55k,2,-2.04,1.53k,3,-2.6,-0.15k,4,-2.319721,-2.023237k,5,-1.648852,-2.71152k,6,0,-2.98k,7,1.648852,-2.71152k,8,2.319721,-2.023237k,9,2.6,-0.15k,10,2.04,1.53k,1000,0,0 !中心点!画隧道轮廓线larc,1,2,1000,2.55larc,2,3,1000,2.8larc,3,4,1000,6.4larc,4,5,1000,1.04969larc,5,6,1000,5.2larc,6,7,1000,5.2larc,7,8,1000,1.04969larc,8,9,1000,6.4larc,9,10,1000,2.8larc,10,1,1000,2.55!选择左边的所有线allsel !选择所有的实体lsel,s,loc,x,0,-5 !选择左边的所有线:x从0到－5 lcomb,all !合并所选的线lesize,all,,,30 !把上面合并的线等分30段!选择右边的所有线allsellsel,s,loc,x,0,5lcomb,alllesize,all,,,30allsel !全选!划分单元lmesh,allnplot !显示节点!加弹簧!y方向*do,i,23,40PSPRNG,i,TRAN,vxishu,,-0.3,, , !tran-直线的*enddoPSPRNG,2,TRAN,vxishu,,-0.3,, , !固定结构用的!x方向*do,i,15,26PSPRNG,i,TRAN,uxishu,-0.3,,, ,*enddo*do,i,37,48PSPRNG,i,TRAN,uxishu,0.3,,, ,*enddoallselfinish!进入求解层，施加荷载，定义荷载步等/solu!施加约束nsel,s,,,2 !选择约束的节点nsel,s,loc,x,0dnsel,r,loc,y,-2.98d,all,ux !施加水平方向的约束allselfcum,add,, !一定要，使荷载能叠加!竖向荷载*do,i,3,15a=-shuxiang*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)) f,i+1,fy,af,i,fy,a*enddo*do,i,47,59a=-shuxiang*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)) f,i+1,fy,af,i,fy,a*enddo!对未循环的节点施加竖向荷载a=-shuxiang*0.5*abs(nx(1)-nx(3)) f,3,fy,af,1,fy,2*af,60,fy,a!水平荷载*do,i,3,30a=zuoce*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1))f,i+1,fx,af,i,fx,a*enddo*do,i,32,59a=youce*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1))f,i+1,fx,af,i,fx,a*enddof,1,fx,jizhongli !加集中力!对未循环的节点施加水平荷载a=youce*0.5*abs(ny(31)-ny(2))f,31,fx,-af,32,fx,a!施加重力acel,,9.8solve !求解finish!进入后处理，定义荷载工况并组合，输出图片和文本文件/post1!显示弯矩图etable,mi,smisc,6etable,mj,smisc,12plls,mi,mj,-1!显示轴力图etable,fi,smisc,1etable,fj,smisc,7plls,fi,fj,1!显示变形图pldisp,1综合该讨论的各家建议：隧道设计流程各家观点：1、我们做设计的时候也是这样做的,先用同济曙光采用地层结构法模拟开挖过程,对喷锚支护及开挖方法进行分析,选择一个合适的开挖顺序,然后用荷载结构法计算初衬的变形, 和二衬的承载能力和裂缝宽度。

隧道开挖ansys模拟分析

隧道台阶法开挖的有限元模拟分析1.力学模型的建立岩体的性质是十分复杂的，在地下岩体的力学分析中，要全面考虑岩体的所有性质几乎是不可能的。

建立岩体力学模型，是将一些影响岩石性质的次要因素略去，抓住问题的主要矛盾，即着眼于岩体的最主要的性质。

在模型中，简化的岩体性质有强度、变形、还有岩体的连续性、各项同性及均匀性等。

考虑岩石的性质和变形特性，以及外界因素的影响，采用的模型有弹性、塑性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性等。

根据对隧道的现场调查及试验结果分析，围岩具有明显的弹塑性性质。

因此，根据隧道的实际情况，考虑岩体的弹塑性性质，在符合真实施工工序和支护措施的基础上，在数值模拟过程中将计算模型简化成弹塑性平面应变问题，采用Drucker—Prager屈服准则来模拟围岩的非线性并且不考虑其体积膨胀，混凝土材料为线弹性且不计其非线性变形。

对地下工程开挖进行分析，一般有两种计算模型：（1）“先开洞，后加载”在加入初始地应力场前，首先将开挖掉的单元从整体刚度矩阵中删除，然后对剩余的单元加入初始地应力场进行有限元计算。

（2）“先加载，后开洞”这种方法是首先在整个计算区域内作用地应力场，然后在开挖边界上施加反转力，经过有限元计算得到所需要的应力、位移等物理量。

两种方法对线弹性分析而言，所得到的应力场是相同的，而位移场是不同的，模型（2）（即：“先加载，后开洞”）更接近实际情况。

在实际地下工程开挖中部分岩体已进入塑性状态，必须用弹塑性有限元进行计算分析，而塑性变形与加载的路径有关，所以模拟计算必须按真实的施工过程进行，即在对地下工程开挖进行弹塑性数值模拟过程中，必须遵循“先加载，后开洞”的原则。

在有限元法中，求解非线性问题最常采用的方法是常刚度初应力法。

对于弹塑性问题，由于塑性变形不可恢复，应力和应变不再是一一对应的关系，即应力状态与加载路径有关，因此应该用增量法求解。

弹塑性应力增量与应变增量之间的关系可近似地表示为}{}]{[}]){[]([}{][}{0σεεεσd d D d D D d D d p ep +=-== （1）式中，][D —弹性矩阵，][p D —塑性矩阵。

盾构隧道结构ansys计算方法

一、盾构隧道结构计算模型1、惯用法(自由圆环变形法)惯用法的想法早在1960年就提出了，在日本国内得到了广泛的应用。

惯用法假设管片环是弯曲刚度均匀的环，不考虑管片接头部分的柔性特征和弯曲刚度下降，管片截面具有同样刚度，并且弯曲刚度均匀的方法。

这种方法计算出的管片环变形量偏小，导致在软弱地基中计算出的管片截面内力过小，而在良好地基条件下计算出的内力又过大。

地层反力假设仅在水平方向上下45°范围内按三角形规律分布，这种模型可以计算出解析解。

P 0k δ2、修正惯用法在采用惯用法的60年代，怎样评价错缝拼装效应是一个问题。

如果错缝拼装管片，可弥补管片接头存在造成的刚度下降。

于是，在对带有螺栓接头的管片环进行多次核对研究时，首次引入了η-ξ对错缝拼装的衬砌进行内力计算，即为修正惯用法。

该法将衬砌视为具有刚度ηEI的均质圆环，将计算出的弯矩增大即（1+ξ）M，得到管片处的弯矩；将求出的弯矩减少即（1-ξ）M，得到接头处的弯矩。

其中η称为弯曲刚度有效率，ξ称为弯矩增加率，它为传递给邻环的弯矩与计算弯矩之比。

管片接头由于存在一些铰的作用，所以可以认为弯矩并不是全部经由管片接头传递，其一部分是利用环接头的剪切阻力传递给错缝拼装起来的邻接管片。

隧道纵向接头传递弯矩示意图二、管片计算荷载的确定1、荷载的分类衬砌设计所考虑的各种荷载，应根据不同的地质条件和设计方法进行假定并根据隧道的用途加以考虑。

衬砌设计所考虑的各种荷载见表所示。

衬砌设计荷载分类表2、计算断面选择●埋深最大断面●埋深最小断面●埋深一般断面●水位3、水土压力计算对于粘性土层，如西安地铁黄土地层、成都地铁二号线膨胀土地层等，地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用饱和容重计算。

对于透水性较好的砂性地层，如西安地铁粗砂、中砂地层，成都地铁卵石土地层等，此时地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用浮容重计算。

水土压力合算与分算，主要影响管片结构侧向荷载。

隧道静态受力分析建模——荷载结构法

二维衬砌结构受力分析模型（采用荷载结构法进行分析即把结构部分建立进去土层不建立进去，土层对结构的荷载作用我们提前计算出来作为间接荷载施加在结构上，土体与荷载的连接作用我们用曲面弹簧模拟，隧道衬砌结构采用c30且选择结构即不考虑渗透性）
之所以不点选生成线组是因为为了后期便于建模，选择确认←点击后再选择菜单栏田字格法向
下一步：
网格——1D——选择墙体两侧，分割8份再预览，点击适用如下
继续划分拱顶，划分20份，操作如上，成果如下图：
所有单元已经完成，将施加荷载与边界，施加前要调整节点、坐标号，显示单元坐标系，点击模型中相应的三个网格组，点出关联菜单（右击显示--单元坐标系）或直接点击上菜单单元坐标系
施加荷载前调整坐标统一，选单元--网格参数，1D，
隐藏坐标
下一步添加水平和竖向土压力，网格--工具--重新编号
设置荷载和边界：
静力与边坡——荷载——自重
隧道荷载受到水平和竖向土压力：
静力与边坡——荷载——梁单元荷载（第一个节点选择左边角，第一个节点选择拱顶），然后框定选择梁单元添加如下
下一步荷载组合：
边界：（结构与土体的连接用弹性曲面弹簧）网格——单元——建立（其他——曲面弹簧
）约束顶端水平位移-静力边坡-荷载-约束-高级-框选顶端点
至此单元荷载等均已施加完成，现进行工况分析：
分析——分析工况---新建——将地基弹簧、LGB1、2拖入右侧
在分析栏中进行分析后在结果中查看荷载组合LGB1、2
看梁单元受力即Beam--AXIAL FORCE(轴力)
SHEAR FORCE Z剪力
BENDING MOMENT Y（弯矩）。

ansys隧道荷载命令

ansys隧道荷载命令!荷载——结构方法计算(马蹄形断面）finish !退出当前处理程序/clear !清除以前数据,重新开始一个新的分析/COM,Structural !定义分析类型,结构分析(热分析、流体分析等) /prep7 !进入前处理器*AFUN,deg !定义角度单位为度（缺省为弧度，RAD）! 定义建模及材料参数的一些变量值*set,Py,0.13492e6 !定义垂直围岩压力大小（若有地表荷载加地表荷载值）*set,px1,0.03373e6*set,px2,0.03373e6*set,CQHD,0.45 !定义初支或二衬厚度*set,CQDYCD,0.6 !定义梁单元长度参数及弹簧单元面积（梁单元长度与弹簧单元面积相等）*set,CQETXML,31.5e9 !定义衬砌（初支或二衬）的弹性模量*set,CQUBSB,0.2 !定义衬砌的泊松比*set,WYTXKL,350e6 !定义围岩的弹性抗力系数*set,CQMD,2500 !定义衬砌的密度!定义单元类型及材料属性及单元实常数et,1,beam3 !定义1号单元为梁单元mp,ex,1,CQETXML !定义1号材料的弹性模量mp,prxy,1,CQUBSB !定义1号材料的泊松比mp,dens,1,CQMD !定义1号材料的密度R,1,CQHD,1/12*CQHD*CQHD*CQHD,CQHD !1-实常数号；第一个参数为梁截面的面积；第二个参数为梁单元的转动惯量；第三个参数为梁高。

!建立几何模型!创建关键点k,1,0,-4.42439, 0 !k-点命令；1-点号；坐标（x,y,z)k,2,2.49468,-4.19466,k,3,4.4,-3.69635,k,4,5.50615,-2.98047,k,5,6.09977,-1.97,k,6,6.41,0,k,7,0,6.41,k,8,-6.41,0,k,9,-6.09977,-1.97,k,10,-5.50615,-2.98047,k,11,-4.4,-3.69635,k,12,-2.49468,-4.19466,!二衬轴线larc,1,3,2 !三点画圆弧：起点-终点—中间点最好全按逆时针画，弯矩及轴力的方向一致larc,3,5,4larc,5,7,6larc,7,9,8larc,9,11,10larc,11,1,12!设置线单元材料属性，划分单元(初支单元)lsel,s,,,1,6 !LSEL,Type,Item,Comp,VMIN, VMAX,VINC（选择1-8单元）lATT,1,1,1 !给线单元付材料号、实常数（1只是代码，对应上面的函数值）、单元类型号LATT, MAT, REAL, TYPE, ESYSMSHKEY,1 !设置单元为映射单元（单元比较规则）lesize,1,CQDYCD !LESIZE, NL1, SIZE, ANGSIZ, NDIV, SPACE （划分线的长度，以衬砌单元厚度为lesize,2,CQDYCDlesize,3,CQDYCDlesize,4,CQDYCDlesize,5,CQDYCDlesize,6,CQDYCDlsel,alllmesh,all !划分线单元nummrg,all,,,,low !所有号数从1开始numcmp,node,eord !压缩节点号并排序!施加水平弹簧支撑单元（在梁单元的每个节点上分别产生水平方向弹簧单元）*do,i,2,22 !do循环，要对应下面一个*EDNDOa1=abs(ny(i-1)-ny(i+1))*WYTXKL !计算节点i-1和节点i+1之间y的变化量*弹性抗力kx=a1/2PSPRNG,i,TRAN,kx,1,,,, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX, DY, DZ, ELEM!弹簧单元,节点号,平移,弹性系数,弹簧水平长度产生水平弹簧*enddo*do,i,48,67,1 !do循环，要对应下面一个*EDNDOa1=abs(ny(i-1)-ny(i+1))*WYTXKL !计算节点i-1和节点i+1之间y的变化量*弹性抗力kx=a1/2PSPRNG,i,TRAN,kx,-1,,,, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX, DY, DZ, ELEM!弹簧单元,节点号,平移,弹性系数,弹簧水平长度产生水平弹簧*enddoa1=abs(ny(67)-ny(1))*WYTXKL !计算节点64上的弹性抗力kx=a1/2PSPRNG,68,TRAN,kx,-1,,,,!施加竖直弹簧支撑单元（在梁单元的每个节点上分别产生竖直方向弹簧单元）b1=abs(nx(68)-nx(2))*WYTXKL !计算节点1上的弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,1,TRAN,ky,,-1,,,*do,i,2,17 !do循环，要对应下面一个*EDNDOb1=abs(nx(i-1)-nx(i+1))*WYTXKL !计算节点i-1和节点i+1之间x的变化量*弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,,-1,,, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX, DY, DZ, ELEM!弹簧单元,节点号,平移,弹性系数,弹簧水平长度产生水平弹簧*enddo*do,i,53,67 !do循环，要对应下面一个*EDNDOb1=abs(nx(i-1)-nx(i+1))*WYTXKL !计算节点i-1和节点i+1之间x的变化量*弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,,-1,,, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX, DY, DZ, ELEM!弹簧单元,节点号,平移,弹性系数,弹簧水平长度产生水平弹簧*enddob1=abs(nx(67)-nx(1))*WYTXKL !计算节点1上的弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,68,TRAN,ky,,-1,,,!施加边界条件与围岩压力/solu 进入求解器计算!nsel,s,,,1 !选择约束的节点,仰拱中间节点!d,all,ux !施加水平方向的约束allselfcum,add,, !一定要，使荷载能叠加!竖向荷载（y方向压力，最大跨度以上节点施加竖向荷载，换算成节点荷载，在节点上施加）*do,i,18,52 !在18—48号节点施加竖向围岩压力a=-Py*0.5*abs(nx(i-1)-nx(i+1)) !计算作用在节点上的节点力f,i,fy,a*enddo!水平向荷载（X方向压力，全部节点施加水平荷载，换算成节点荷载，在节点上施加）*do,i,2,34 !在2—32号节点施加水平围岩压力a=-(px1+(px2-px1)/(ny(35)-ny(1))*(ny(35)-ny(i)))*abs(nY(i-1)-nY(i+1))*0.5f,i,fX,a*enddo*do,i,36,67 !在36—67号节点施加水平围岩压力a=(px1+(px2-px1)/(ny(35)-ny(1))*(ny(35)-ny(i)))*abs(nY(i-1)-nY(i+1))*0.5f,i,fX,a*enddo!设定重力加速度ACEL,0,9.8,0, !重力加速度以向下位置，不用加负号ALLSEL,ALLfinish进入求解器计算/soluESEL,ALLNSEL,ALLsolve !求解!进入后处理器，对结果进行后处理/POST1ESEL,s,TYPE,,1 !选择单元1（隧道轴力中心线单元）NSLE,s,ALL !选择所有节点etabel,Ni,smisc,1 !定义梁i节点的轴力etabel,Nj,smisc,7 !定义梁j节点的轴力etabel,Mi,smisc,6 !定义梁i节点的弯矩etabel,Mj,smisc,12 !定义梁j节点的弯矩etable,Qi,smisc,2 !定义梁i节点的剪力etable,Qj,smisc,8 !定义梁j节点的剪力plls,ni,nj,1 !查看轴力图plls,mi,mj,-1 !查看弯矩图。

山岭隧道受力有限元分析ANSYS实例教学

山岭隧道受力ANSYS有限元分析实例教学目录一、问题重述 (1)二、模型的建立 (3)2.1模型绘制 (3)2.2模型参数选取 (3)2.3模型网格划分 (3)2.4计算外荷载（计算DK5+632断面） (4)2.5施加荷载与约束 (7)三、求解模型与受拉地基弹簧的修正 (8)四、求解结果 (10)4.1弯矩、轴力应力云图 (10)4.2关键节点内力 (10)五、附录 (11)附录1 全部节点等效荷载表 (11)附录2 全部节点内力表 (13)附录3 剪力图 (16)一、问题重述隧道起讫里程为DK4+843.5~DK6+430，全长1586.5m ，DK5+632处采用暗挖法施工，该断面的地层及结构等信息见下图。

(a) 纵断面图（单位：m ）(b) 横断面图（单位：cm ）里程 D K 5+632300°∠65°根据地质资料得：围岩级别为Ⅳ级，隧道上方土体重度依次从上往下取γ1 =18 kN/m3，γ2=23kN/m3。

请采用荷载-结构模式对该断面衬砌结构（仅二次衬砌）进行受力分析：（1）试求隧道围岩压力和有限元模型的等效节点力（不考虑重力）？（要求：单元长度取0.3m，画出单元和节点图，编制表格列出各节点的等效节点力）。

（2）采用有限元软件计算结构内力，绘制弯矩图和轴力图，列出特征部位的内力二、模型的建立2.1模型绘制在ANSYS建模，以二次衬砌中轴线为轮廓，隧道断面模型如下图：图2.1 隧道断面尺寸示意图（cm）二次衬砌采用Beam188梁单元模拟，地基弹簧采用Combin14弹簧单元模拟。

隧道纵向计算长度取为1m，二次衬砌参数选取如下表：2.3模型网格划分单元长度取0.3m，网格划分后，单元图、节点图分别如下：图2.2 离散化-节点图图2.3离散化-单元图2.4外荷载的计算（计算DK5+632断面） 2.4.1 验算坑道高度与跨度之比1232644.3032120.902 1.71232723.553212H B ++++==++++＜式中，H 表示坑道高度，B 表示坑道跨度根据我国《铁路隧道设计规范》，可以采用统计法计算。

ANSYS计算算例(结构-荷载法)解析

弹出交互式对话框，并输入直边墙底端坐标。
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>Line>Straight 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 Menu>Preprocessor>Reflect>Lines
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-Density
4、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：45º ）
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Modeling Create>Lines Arcs>By Cent & Radius
6、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 Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified 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 Menu>WorkPlane>Change Active CS to> Global Cartesian／ Global 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。

立隧道ANSYS有限元分析模型

立隧道ANSYS模型运用ANSYS软件建立隧道围岩模型和求解步骤比较复杂，篇幅很长，图片也很多，大约45页左右，这是本次毕业设计的主体部分，也是本次毕业设计的难点。

先选择安装本次毕业设计的有限元软件，根据老师的要求及软件功能的考虑，选择ANSYS Mechanical APDL 10.0软件进行毕业设计。

ANSYS Mechanical APDL 10.0版本，大小相较其他版本很小（安装后仅仅1.5G左右），占电脑内存小，而且单元类型较多（比后续的新版多一些简单的模型），对初学者很方便和友善，完全满足本次毕业设计的要求。

接下来就详细记述本次设计的围岩受力模型的具体步骤（共计15步）。

1、新建初始的物理环境：点主菜单的“ANSYS Main Menu”，再点“Preferences”，弹出“Preferences for GUI Filtering”为题的窗口，之后点“Structural”，跟着点击“OK”键，如图3.2所示。

这样操作就完成了新建初始的物理环境（图形界面的过滤）。

图3.2图形界面过滤2、命名工作标题：再次回到主菜单寻找ANSYS主界面最上方的“Utility Menu”，先点“File”，再点“Change Title”，在弹出的对话框中写上此次毕业设计的围岩结构标题名“structure A.db”，点“OK”，如图3.3所示。

图3.3 命名工作标题3、定义单元类型：在主菜单点“Main Menu”，点“Preprocessor”，点“Element Type”，点“Add/Edit/Delete”，在界面上会弹出一个窗口，点“Add”，如图3.4所示；接下来再次弹出一个窗口。

选“Beam”（梁），再选“2D elastic 3”，如图3.5所示；点“Apply”。

在左面选“combination”，在右侧选“Spring-damper 14”，如图3.6所示；最后再点“OK”，再次点如图3.7所示的窗口的“Close”。

ANSYS计算算例(结构-荷载法)

（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> Create>Keypoints>In Active CS
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-Density
4、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：45º ）
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Modeling Create>Lines Arcs>By Cent & Radius
三、加载及约束
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：竖向围岩压力：q=54084.25Pa；水平围岩压力：e＝0.15 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 Menu>List>Nodes
拾取基底两节点
选取UX,UY并输入限制位移值0
3、惯性荷载加入惯性荷载是与质量相关的荷载，该处是加入重力加速度。为了利用惯性效果来模拟重力，应当在重力的相反方向施加惯性项，即在Y方向施加一个加速度荷载相当于模拟-Y方向的重力： GUI：Menu Main> Solution>Apply>Gravity
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)

隧道荷载结构模式数值模拟计算

隧道荷载结构模式数值模拟计算摘要：根据案例提供的隧道工程、围岩荷载以及衬砌内轮廓，初步确定二次衬砌的厚度，采用数值计算软件进行计算分析，绘制出隧道的计算简图、计算断面图、内力图，根据绘出的内力图检算二次衬砌的安全性。

关键词：数值模拟计算一.设计参数的选择1.岩体特性：该案例选择的围岩级别为II级，隧道埋深为100 m；岩体重度，围岩的弹性反力系数根据围岩级别分别为：2.衬砌材料：采用C20混凝土；重度kN/m2，弹性模量GPa，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值MPa，混凝土轴心抗拉强度标准值MPa。

3.结构尺寸：隧道不加宽，衬砌厚度40cm。

具体尺寸如图。

二.计算深埋隧道围岩松动压力1.对于单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力公式为：式中——等效荷载高度值；S——围岩级别，本设计II级围岩S=2；——围岩的容重；——宽度影响系数，其值为其中B——坑道宽度——B每增加1m时，围压压力的增减率（以B=5m为基准），当B5m时，取=0.1则2.水平围压压力：对于II级围压，水平均布松动围岩压力为0。

三.基于ansys建立模型的数值分析在本案例中，根据隧道本身的受力特点，采用梁单元BEAM188单元来模拟隧道的衬砌。

对于围岩的支撑力，采用弹簧单元COMBIN14来模拟。

在ansys中建立隧道模型首先要定义我们选用的梁单元BEAM188和COMBIN14单元，并给它们赋值：材料的弹性模量、泊松比、材料密度与实常数。

定义好单元类型过后，我们就需要找出隧道关键点的坐标：在CAD中绘出本案例隧道的横断面图，得到关键点的坐标，再由关键点的坐标连成隧道的断面形状，并赋予材料特性，此时隧道的断面轮廓就画出来了，此时还需要对绘出的隧道断面几何模型进行网格划分，将之转化为有限元图形，生成弹簧单元后，就可以在隧道模型上施加荷载了。

施加荷载：如前所述对围岩压力的计算，接下来我们对隧道施加水平方向和竖直方向的荷载。

由于本案例中竖向荷载q只施加在隧道上部的节点，水平荷载e=0，因此，需要将荷载分布在各个节点上。