隧道衬砌ANSYS强度检算

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隧道强度检验ANSYS命令流

TITLE,Mechanical analysis on three spans continuum beam ! 确定分析标题/NOPR !菜单过滤设置/PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1KEYW,PR_STRUC,1/COM,/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural !只要结构分析部分菜单!*/PREP7 !* 进入前处理器ET,1,BEAM3 !设置梁单元类型R,1,0.18,0.0054,0.6, , , , !设置几何常数MPTEMP,,,,,,,, !设置材料模型MPTEMP,1,0MPDA TA,EX,1,,30e9 !输入弹性模量MPDA TA,PRXY,1,,0.2 !输入泊松比MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDA TA,DENS,1,,2500 !输入密度!*SA VE !保存数据库K,1,0,0,0, !创建关键点K,2,8,0,0,K,3,20,0,0,K,4,28,0,0,/REP,FAST/PNUM,KP,1 !显示关键点号LSTR, 1, 2 !创建直线LSTR, 2, 3LSTR, 3, 4SA VELESIZE,ALL,1, , , ,1, , ,1, !设置单元大小FLST,2,3,4,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-3LMESH,P51X !划分网格/PNUM,ELEM,1!显示单元内容/REPLOTSA VEFINISH/SOLFLST,2,1,3,ORDE,1FITEM,2,1DK,P51X, ,0, ,0,UX,UY, , , , , !施加关键点位移约束FLST,2,3,3,ORDE,2FITEM,2,2FITEM,2,-4/GODK,P51X, ,0, ,0,UY, , , , , ,FLST,2,1,1,ORDE,1FITEM,2,16FLST,2,7,1,ORDE,2FITEM,2,3FITEM,2,-9/GOF,P51X,FY,-20000 !施加节点力FLST,2,2,1,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-2/GOF,P51X,FY,-10000FLST,2,1,1,ORDE,1FITEM,2,16/GOF,P51X,FY,-100000/STA TUS,SOLUSOLVE !求解FINISH/POST1PLDISP,1!绘制变形图A VPRIN,0, ,ETABLE, ,SMISC, 6 !单元表数据设置A VPRIN,0, ,ETABLE, ,SMISC, 12A VPRIN,0, ,ETABLE, ,SMISC,2A VPRIN,0, ,ETABLE, ,SMISC, 8A VPRIN,0, ,ETABLE, ,SMISC, 1A VPRIN,0, ,ETABLE, ,SMISC, 7PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0 !绘制内力图PLLS,SMIS2,SMIS8,1,0PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0Finish/SOLU !再一次进入求解器ACEL,0,10,0, !施加重力加速度/STA TUS,SOLUSOLVE !求解FINISH/POST1 !进入后处理器PLDISP,1 !绘制变形图ETABLE,REFL !更新PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0 !绘制弯矩图PLLS,SMIS2,SMIS8,1,0 !绘制剪力图SA VEFINISH。

隧道衬砌支护结构的ANSYS数值模拟

隧道衬砌支护结构的ANSYS数值模拟摘要：为了确保隧道施工及运行的安全性，必须对其支护结构进行受力分析。

本文以城市长大隧道为例，基于ANSYS有限元分析软件平台建立隧道支护的荷载—结构模型，并从结构变形、弯矩、轴力和剪力等方面实现对隧道支护结构的数值模拟，从分析结论及安全性的角度出发，为隧道结构的优化设计和现场施工提供依据和指导。

关键词：隧道；支护结构；ANSYS；数值模拟目前，伴随岩土力学的发展和计算机的普遍使用及其性能的不断提高，有限元数值分析已成为隧道结构分析中发展最迅速的方法。

在参数选取合理的情况下，通过对隧道开挖过程进行仿真分析，可判定隧道围岩应力大小以及应力区和塑性区的范围，能够预测隧道施工中的险情，保证隧道施工安全和稳定性。

一、有限元数值模拟方法有限元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元并设定节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，在每一个单元中假设一近似差值函数以表示单元场中场函数的分布规律，利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的自由度问题，一经求解就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数[1]。

在实际工程应用中，有限元法可以考虑岩土介质的非均匀性、各向异性、非连续性和几何非线性等，适用于各种边界条件，结合大型通用有限元软件ANSYS能较好实现隧道结构的数值计算。

基本建模流程包括选择分析模型类别、创建物理环境、建立模型和划分网格、施加约束和荷载、建立有限元模型、求解和后处理等。

当前，对隧道支护结构体系一般按照荷载—结构模型进行演算，分析过程中将围岩视为隧道结构上的荷载，且为结构本身的一部分，两者间的相互作用通过围岩的弹性支撑对结构施加约束来实现。

二、隧道结构受力分析实例2.1 设计概况目标隧道为双向六车道设计，含多种断面衬砌类型，围岩级别Ⅲ～Ⅵ级。

隧道内力及可靠度分析操作流程手册

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1.1 Ansys菜单操作本例以标准图1202普货-200双线Ⅳ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，Ⅳ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⑴进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，选择菜单Utility Menu：File→Change 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。

⑵选择菜单Utility Menu：File→Change Title命令，出现Change 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：定义单元类型选择菜单Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/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。

图1-1 单元类型库对话框第三步：定义单元实常数选择菜单Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/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。

隧道的结构计算公式及强度验算

隧道的结构计算公式及强度验算
在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性好，可以在现场根据需要进行模注等特点。这时，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围岩对衬砌的约束作用。由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而，通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。大量的隧道工程实践表明，衬砌厚度可以减小，所以，后来上述两种计算方法不在使用了。
图4-3
脚反力的作用下围岩表面将发生弹性变形，使拱脚产生角位移和线位移。拱脚位移将使拱圈内力发生改变，因而计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的影响。对于拱脚位移，还可以作些具体分析，使计算图式得到简化。通常，拱脚截面剪力很小，它与围岩之间的摩擦力很大，可以认为拱脚没有径向位移只有切向位移，所以在计算图式中，在固端支座上用一根径向刚性支承链杆加以约束，见图4-4(a)。切向位移可以分解为垂直方向和水平方向两个分位移。在结构对称、荷载对称条件下，两拱脚的位移也是对称的。对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响。拱脚的转角和切向位移的水平分位移
图4-4
式中： ——单位变位，即在基本结构上，因
作用时，在Xi方向
上所产生的变位；
——荷载变位，即基本结构因外荷载作用，在Xi方向的变位；
f ——拱圈的变位都能求出，则可用结构力学的力法
知识解算出多余未知力X1和X2，那时，拱圈内力即可求出。
三、拱脚位移计算
1. 单位力矩作用时单位力矩作用在拱脚围岩上时，拱脚截面绕中心点a转过
一个角度，见图4-6，拱脚截面仍保持平面，其内(外)缘处围岩的最大应力为：
式中： ——拱脚截面厚度；
b ——拱脚截面纵向单位宽度，

隧道衬砌设计检算

段设置拱墙格栅钢架及拱部中４超前６０％。２
小导管加强支护。格栅钢架纵向间距计算结果分析为０８，超前小导管纵向问距１６，．ｍ＿ｍ
图１和图２别为二衬弯矩图和轴分
每环２根，每根长３５０．ｍ。隧道施工均力图．可知，弯矩较大值出现在拱顶按新奥法采用光面爆破．锚喷支护及湿喷技术，并按要求对结构支护体
土３５。左右方向受水平固定约束．ｍ
弹性反力系数Ｋ（ＭＰ
ａｍ）ｌ
弹性模量
Ｅ（ａ）Ｇｐ
泊松比
容重
ＫＮ，ｍ
计算摩擦角
ｃ（）。
土柱摩擦角０
（）。
１０５２８
．
２２
５５
４Ｏ
（射混凝土）喷二衬Ｃ３０ｆ筋混凝土）钢
Ｋ抗拉安全系数ｌ
１９．２
按单筋配筋Ａ９
构造配筋
控制状态
受拉控制
ＢＣ
一５５６．６４
—６１４７． —７５１６
Ｏ１４０１．１
０４．３０４．３
７４．８７．
３．４４４．７７
；桥梁隧道
｝ｌ鹦ｌ－《鬻
隧道衬砌设计检算
工程概况
某公路隧道地址处属丘陵地貌，地形起伏较大相对高差约

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。

隧道衬砌结构强度检算

隧道衬砌结构强度检算
课程设计任务书
一、课程设计的主要目的
通过本次课程设计，掌握隧道衬砌结构强度检算的过程，熟悉围岩压力的计算方法，了解荷载－结构模式的计算原理和计算方法，复习巩固钢筋混凝土结构的配筋计算方法，学习了解大型有限元程序ANSYS的建模、求解以及结果处理的过程，为毕业设计以及今后工作奠定基础。

二、主要任务内容
本次课程设计对象为交通隧道，具体设计内容包括：
1、荷载结构模式中围岩压力（荷载）的计算
2、利用ANSYS有限元程序建立模型，并进行求解计算
3、利用有限元计算结果对衬砌结构的强度进行检算，必要时，应进行配筋计算。

三、具体要求
1、课程设计分组进行，每人单独完成相关隧道衬砌结构的计算，隧道图纸由指导教师提供，要求每人至少完成3种断面型式的检算工作。

2、计算过程中所涉及的计算参数应参照现行相关隧道设计规范执行，但要求同一隧道小组成员之间计算参数应不同。

3、设计结束后应提交完整的检算报告，报告封面按网上学校要求的统一格式制作，一律采用A4纸书写或打印，要求页边距为2cm。

4、报告要求明确的计算分析过程和计算结果，所有工作必须独立完成。

5、报告中应附有工程概况、计算对象的横断面图、计算参数取值、计算模型图示、内力图和关键部位内力计算结果汇总表。

6、报告上交时间为2013年3月25日。

指导教师：李文江、孙星亮、韩现民。

隧道衬砌计算

第五章隧道衬砌结构检算5、1结构检算一般规定为了保证隧道衬砌结构的安全,需对衬砌进行检算。

隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。

结构抗裂有要求时,对混凝土应进行抗裂验算。

5、2 隧道结构计算方法本隧道结构计算采用荷载结构法。

其基本原理为:隧道开挖后地层的作用主要就是对衬砌结构产生荷载,衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。

计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力,然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力,并进行结构截面设计。

5、3 隧道结构计算模型本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算,计算软件为ANSYS10、0。

取单位长度(1m)的隧道结构进行分析,建模时进行了如下简化处理或假定:①衬砌结构简化为二维弹性梁单元(beam3),梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。

②围岩的约束采用弹簧单元(COMBIN14),弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上,该单元不能承受弯矩,只有在受压时承受轴力,受拉时失效。

计算时通过多次迭代,逐步杀死受拉的COMBIN14单元,只保留受压的COMBIN14单元。

图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程③衬砌结构上的荷载通过等效换算,以竖直与水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。

④衬砌结构自重通过施加加速度来实现,不再单独施加节点力。

⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。

⑥衬砌结构单元划分长度小于0、5m。

隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。

5、4 结构检算及配筋本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段与Ⅳ级围岩段衬砌结构。

根据隧道规范深、浅埋判定方法可知,Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段与深埋段。

Ⅳ级围岩段为深埋段。

根据所给的材料基本参数与修改后的程序,得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图与弯矩图。

从得出的结果可知,Ⅴ级围岩深埋段,所受内力均较大,故对此工况进行结构检算。

5、4、1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩围岩重度318.5/kN m γ=,弹性抗力系数300/k MPa m =,计算摩擦角045ϕ=o ,泊松比u=0、4。

隧道衬砌设计检算

隧道衬砌设计检算
隧道衬砌设计检算是一种专门用于计算隧道衬砌的工作。

它包含对衬砌结构的检查、分析和计算，以确保衬砌的安全性能，确保衬砌的机械特性，以及确保衬砌的维护和维修方面的要求。

隧道衬砌设计检算的基本方法是通过给定衬砌材料的力学参数，根据衬砌结构的外形和尺寸，采用适当的数学方法，来计算和分析衬砌结构的承载能力。

衬砌设计检算的目的一般有2个：第一，确保衬砌结构能够抵御外界荷载；第二，确保衬砌结构的维护和维修要求。

衬砌设计检算的基本步骤主要包括：
1. 设计荷载的确定：衬砌设计的第一步就是确定设计荷载，即需要考虑的最大外部荷载，如：重力荷载、水位荷载、地震荷载等。

2. 基础模型和计算模型的确定：根据设计荷载的确定，再确定基础模型和计算模型，如线性、非线性、稳定性分析等。

3. 衬砌材料的力学参数的确定：根据衬砌材料的性能，确定衬砌材料的力学参数，如抗弯刚度、抗压强度、抗拉强度、屈服强度等。

4. 衬砌结构受力的分析：根据设计荷载和衬砌材料的力学参数，采用适当的计算模型，对衬砌结构受力情况进行分析，以及衬砌结构受力的最大值。

5. 衬砌结构的安全性能分析：根据衬砌结构受力的分析，采用适当的安全系数，确定衬砌结构的安全性能，并确定衬砌结构能够抵御外部荷载的能力。

6. 维护和维修要求的分析：根据衬砌结构的安全性能分析结果，确定衬砌的维护和维修要求，如衬砌的检测要求、衬砌的修理要求等。

隧道衬砌设计检算是隧道施工中必不可少的一个工作，其目的是确保衬砌的安全性能和维护维修要求。

在进行衬砌设计检算时，必须正确确定设计荷载、衬砌材料的力学参数及衬砌结构受力的分析，以便确保衬砌能够抵御外部荷载，保证衬砌的安全性能和维护维修要求。

浅谈ANSYS系统在隧道结构计算中的应用条件

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。

ANSYS隧道的衬砌计算

fk
tg
c
式中，τ—岩石抗剪强度，φ—岩石内摩擦角，
σ—正应力， c—粘结力
一、荷载及荷载组合
实际工程中：
fk
A
Rc 100
Rc—岩石单轴抗压强度 A—小于1的修正系数
近似计算为：
fk
A
Rc 100
普氏观测试验资料，制成各种岩石 fk分类表。最坚硬的岩石 fk达20；最差(松、软) f只k 有0.3。
时的内水压力和外水压力。
一、荷载及荷载组合
特殊荷载：校核水位时内、外水压力、灌浆压力、温度荷载、地震力、施工荷载等。
衬砌计算时常采用下列荷载组合：基本组合：1、正常运行情况：山岩压力+衬砌自重+宣泄设
计洪水时内水压力+外水压力。不同地段岩计弹性抗力北方考虑温度荷载石情况不同不考虑弹性抗力非寒冷地区不考虑温度荷载特殊组合：2、施工、检修情况：山岩压力+衬砌自重+可能出
（二）围岩的弹性抗力当衬砌承受荷载向围岩方向变形时，将受到围岩的抵抗，这个抵抗
力叫弹性抗力。弹性抗力的大小和性质与工程地质条件有密切的关系，坚固完整
的岩石，弹性抗力大；围岩软弱破碎，弹性抗力小，甚至不能利用。为了减少山岩压力，有效地利用弹性抗力，常对围岩进行灌浆加
固，并填实衬砌与围岩间的空隙，以保证衬砌与围岩紧密相接。弹性抗力的计算：通常假定岩石为理想弹性体，按文克尔假定，认为岩石
缺点：与实际情况不太吻合。 2、采用衬砌常微分方程边值问题数值解法。 ★二类：有限元法将围岩与衬砌视为整体，其准确性取决于计算模型和原始参数E、φ、C等。岩体性态复杂多变，上两者难以准确确定。
一、荷载及荷载组合

基于ANSYS的隧道二衬内力计算[详细]

单击Size Controls栏下Lines右边的Set，为线的网格划分设置单元尺寸控制参数。选中L1 单击OK，在NDIV栏输入40，即一条线划分为40个单元。单击OK，回到MeshTool对话框。单击Mesh，选中L1，单击OK,网格划分完毕。
15、查看单元
执行PlotCtrls>Numbering命令，如图
输入参数时，轴力两端为1和7，剪力为2和8，弯矩为6和12。
• 执行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Element Res命令，显示图形。
完
• 运用统计法计算，竖向均布作用为
•
• 式中 S ——围岩级别
• γ——围岩重度
•
ω——宽度影响系数，其值为：ω=1+i（B-5）
•
B ——坑道宽度
•
i ——此处取i=0.1。
• 注：此公式规定应用条件限制在采用在钻爆法施工的深埋隧道，且H/B＜1.7的范围内（H为坑道的高度，B为坑道宽度）。
—围岩的摩擦角。
ii) 求侧压力系数λ：
•
• iii)求围岩垂直均布松动压力q： •
• 式中 B —坑道跨度；
•
h —洞顶岩体覆盖层厚度；
•
γ —围岩重度。
• iv) 求围岩水平均布松动压力：
• 水平压力按梯形分布，则作用在隧道顶部和底部的水平压力可直接写为：
e1 =γhλ
e2=γHλ
• 式中 H —地面到洞底岩体高度。
执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete

隧道衬砌结构强度检算讲义

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紧密相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系彼此约束，一起工作。

这种一起作用正是地下结构与地面结构的要紧区别。

依照本工程浅埋及松散地层的特点，利历时期结构平安性检算采纳“荷载—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。

支护结构与围岩的彼此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，二衬结构采纳弹性平面梁单元模拟，弹性抗力和隧底地基均采纳弹簧单元模拟。

组合荷载依照不同作用方向别离转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。

具体计算模型见图1。

图1 计算模型二、荷载计算围岩压力计算参照讲义中有关我国铁路隧道推荐的方式进行确信（双线隧道）或参照《铁路隧道设计标准》，深浅埋别离计算。

三、配筋计算结构强度检算和配筋计算应依照现行《铁路隧道设计标准》的方式进行。

四、ANSYS操作进程一、更改途径和工作名二、进入前处置模块（preprocessor）(1)概念单元类型element type(2)概念实常数real constant(3)概念材料参数material props(4)概念梁的截面特性sections(5)进入modeling进行建模，生成几何模型(6)进行网格划分meshinga)给几何模型赋属性meshing>mesh attribute>picked lines(7)施加弹性约束Model>Creat>piping models>spring support概念弹性抗力系数K和距离所选结构节点的相对距离DX, DY, DZ。

3、进入求解器solution(1)概念分析类型analysis type>new analysis>static(2)概念荷载define loads(3)设置荷载添加形式setting>replace vs add>force，按如以下图示设置(4)施加等效节点力define loads>apply>force(编程实现)(5)施加重力define loads>apply>inertia>gravity>global(6)求解计算Solve>current LS4、后处置（general postproc）(1)读入结果Read results>last set(2)查看变形图，（plot results>deformed shape）检查弹簧约束范围是不是正确（所有弹簧均应受压，即处于抗力区）不然添加或删除弹簧单元，从头计算。

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。

隧道衬砌抗拉强度计算公式

隧道衬砌抗拉强度计算公式隧道是地下工程中常见的一种结构形式，其衬砌是隧道内部的一种重要构造，用于支撑和保护隧道的内壁。

在设计隧道衬砌时，抗拉强度是一个重要的参数，它影响着衬砌的稳定性和安全性。

因此，对于隧道衬砌抗拉强度的计算公式的研究具有重要的理论和实际意义。

隧道衬砌抗拉强度的计算公式可以通过材料力学和结构力学的理论推导得到，其基本原理是根据材料的物理性质和结构的力学特性来确定。

一般来说，隧道衬砌材料的抗拉强度可以通过以下公式计算：σ = F/A。

其中，σ表示材料的应力，单位为N/m²或Pa；F表示受力，单位为N；A表示受力面积，单位为m²。

在实际工程中，隧道衬砌的抗拉强度计算公式可以根据具体的材料和结构形式进行修正和补充。

例如，对于混凝土材料的隧道衬砌，其抗拉强度计算公式可以根据混凝土的抗拉强度和衬砌的结构形式来确定。

一般来说，混凝土的抗拉强度可以通过以下公式计算：f_t = F/A。

其中，f_t表示混凝土的抗拉强度，单位为N/m²或Pa；F表示受力，单位为N；A表示受力面积，单位为m²。

隧道衬砌的抗拉强度计算公式还可以考虑到材料的弹性模量和应力-应变关系，以更准确地描述材料的力学性能。

在考虑材料的弹性模量和应力-应变关系时，抗拉强度计算公式可以表示为：σ = Eε。

其中，σ表示材料的应力，单位为N/m²或Pa；E表示材料的弹性模量，单位为N/m²或Pa；ε表示材料的应变，无量纲。

在实际工程中，隧道衬砌的抗拉强度计算公式还需要考虑到结构的几何形状和受力情况。

例如，对于圆形隧道衬砌，其抗拉强度计算公式可以根据圆形截面的受力情况进行修正。

一般来说，圆形隧道衬砌的抗拉强度可以通过以下公式计算：σ = M/S。

其中，σ表示材料的应力，单位为N/m²或Pa；M表示受力矩，单位为N·m；S表示受力臂，单位为m。

综上所述，隧道衬砌抗拉强度的计算公式是根据材料力学和结构力学的理论推导得到的，其基本原理是根据材料的物理性质和结构的力学特性来确定。

ANSYS在隧道衬砌结构分析中的应用 2

水工与施工西北水电·2004 年·第 1 期文章编号: 1006—2610( 2004) 01—0015—0315AN SYS 在隧道衬砌结构分析中的应用石广斌( 国家电力公司西北勘测设计研究院, 西安 710065)关键词: 局部变形理论; 隧道衬砌; AN SY S; 稳定分析 ; 边值法摘要: 根据局部变形理论, 把隧道衬砌简化成合理的计算力学模型, 在 A NSY S 数值模拟环境中, 按边值法的分析思路, 对其进行结构分析。

该数值分析结果已得到了边值法验证, 是可行的。

中图分类号: T V 672. 1 文献标识码: BApplication of ANSYS in structural analysis of tunnel liningSHI Guang-bin( China Hydr o No rt hw est Invest igat ion , Design & Resear ch Inst it ut e , Xi'an 710065, China )Key Words: local def ormat ion t heo ry; t unnel lining; ANSYS; stability analysis; method boundAbstract: F ollo wing t he l ocal defo rmat ion t heor y , tunnel lining is simplif ied t reaso nable co mput at io nalmechanics model. In t he enviro nm ent of ANASYS dig it al mo delling , it s st ruct ural an sis is carried out in line wit h t he co ncept of method of bound. T he results of digit al analy sis hav e been v e ied by t he met ho dof bound and are pr act ical.目前, 用于水工、铁路、公路、矿山隧洞以及城市地下空间结构等衬砌的内力计算方法大致可以分为 3 大类: 第一类是, 基于地层压力理论的荷载结构法; 第二类是, 基于地层应力理论的地层结构法; 第三类是, 基于洞周位移量测值反馈设计衬砌结构的收敛限制法。

隧道衬砌结构计算原理公式及强度验算

4、单位变位及荷载变位的计算
由结构力学求变位的方法（轴向力与剪力影响忽略不计）知道：
ik
M i M k ds EJ
ip
M
i
M
0 p
ds
EJ
u
uu
4、单位变位及荷载变位的计算
在很多情况下，衬砌厚度是改变的，给积分带来不便，这时可将拱圈分成偶数段，用抛物线近似积分法代替。
ik
S E
解出及 X1 X 2 后，即可求出衬砌在单位抗力图为荷载单独作用下任一截面内力：
M i
X 1
X 2 yi
M
0
i
N i
X 2
c os i
N
0
i
5、衬砌最终内力计算及校核计算结果的正确性
衬砌任一截面最终内力值可利用叠加原理求得：
M i M ip h M i
Ni Nip h Ni
校核计算结果正确性时，可以利用拱顶截面转角和水平位移为零条件和最大抗力点a的位移条件：
M p ( yh y) ds s
EJ
E
Mp J
( yh
y)
h
M (( yh y)) ds s
EJ
E
M J
( yh
y)
4、在单位抗力作用下的内力
将抗力图 h 1 视为外荷载单独作用时，未知力 X1 及 X 2 可以参照及 X 1p X 2 p的求法得出
X1 (11 1 ) X 2 (12 f1 ) 1 a 0 X1 ( 21 f1 ) X 2 ( 22 f 2 1 ) 2 f a 0
X1
a22a10 a12a20 a122 a11a22
X2
a11a20 a12a10 a122 a11a22

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