隧道ansys计算程序算例——荷载结构模式

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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。

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”。

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。

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中荷载步的讲解

1. 荷载步中荷载的处理方式无论是线性分析或非线性分析处理方式是一样的。

①对施加在几何模型上的荷载(如fk,sfa 等)：到当前荷载步所保留的荷载都有效。

如果前面荷载步某个自由度处有荷载，而本步又在此自由度处施加了荷载，则后面的替代前面的；如果不是在同一自由度处施加的荷载，则施加的所有荷载都在本步有效(删除除外！)。

②对施加在有限元模型上的荷载(如f,sf,sfe,sfbeam 等)：ansys缺省的荷载处理是替代方式，可用fcum,sfcum 命令修改，可选择三种方式：替代(repl)、累加(add)、忽略(igno)。

当采用缺省时，对于同一自由度处的荷载，后面施加的荷载替代了前面施加的荷载(或覆盖)；而对于不是同一自由度的荷载(包括集中或分布荷载)，前面的和本步的都有效。

当采用累加方式时，施加的所有荷载都在本步有效。

特别注意的是，fcum 只对在有限元模型上施加的荷载有效。

2. 线性分析的荷载步从荷载步文件(file.snn)中可以看到，本步的约束条件和荷载情况，而其处理与上述是相同的。

由于线性分析叠加原理是成立的，或者讲每步计算是以结构的初始构形为基础的，因此似乎可有两种理解。

①每个荷载步都是独立的：你可以根据你本步的约束和荷载直接求解(荷载步是可以任意求解的，例如可以直接求解第二个荷载步，而不理睬第一个荷载步:lssolve,2,2,1)，其结构对应的是你的约束和荷载情况，与前后荷载步均无关！（事实上，你本步可能施加了一点荷载，而前步的荷载继续有效，形成你本步的荷载情况）②后续荷载步是在前步的基础上计算的(形式上！)。

以荷载的施加先后出发，由于本步没有删除前面荷载步的荷载，你在本步仅仅施加了一部分荷载, 而结构效应是前后荷载共同作用的结果。

不管你怎样理解，但计算结果是一样的。

(Ansys是怎样求解的，得不到证实。

是每次对每个荷载步进行求解，即[K]不变，而[P]是变化的，且[P]对应该荷载步的所有荷载向量呢？或是[P]对应一个增量呢？不用去管他，反正结果一样) 也有先生问，想在第N 步的位移和应力的基础上，施加第N+1 步的荷载，如何？对线性分析是没有必要的，一是线性分析的效应是可以叠加的，二是变形很小(变形大时不能采用线性分析)。

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

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。

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。

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，以竖直和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级围岩段和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、浅埋段和深埋段。

Ⅳ级围岩段为深埋段。

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

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=，泊松比u=0.4。

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。

Array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。

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。

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。

ANSYS隧道结构受力实例分析

矿业软件与应用——Ansys考试试题学院：资源与安全工程学院指导老师： xxx姓名： xxx学号： xxxxxxxx时间： 2014年6月21日ANSYS隧道结构受力实例分析某隧道工程为三心拱隧道，隧道位于地表以下10米处，洞直径10米，其具体尺寸见下图。

根据工程地质勘探报告，岩土各参数为：密度为2700kg/m3，E=1.4×1010Pa，u=0.27，黏聚力c=2.72×106Pa，内摩擦角Φ=35°。

地面上主要为交通荷载，根据估计每米有2.5吨的荷载直接作用于地基上。

计算要求如下：（1）交通载荷已经存在。

（2）计算结果报告中包括约束条件、荷载；位移、Y方向应力等值线图，塑性区等结果。

进行力学特性分析。

（3）提供建模、计算过程地GUI命令。

操作过程一、创建物理环境⒈在“开始”菜单中选取“所有程序>ANSYS Product launcher”并点击；⒉选中File Management，在Working Directory栏输入工作目录“C:\Users\dell \李懿鑫”，在“Job Name”栏输入文件名“020*******”。

⒊单击“RUN”按钮，进入ANSYS的GUI操作界面。

⒋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，如图1-1。

图1-1⒌定义工作标题：Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入020*******，单OK按钮，如图1-2。

图1-2⒍定义单元类型1）定义PLANE82单元：Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，单击Add按钮。

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。

运用VBA和ANSYS计算隧道荷载结构模型的通用程序

2.Chengdu Normal University，Chengdu Sichuan 611130，China）
Abstract：With the increasing number of in-service tunnels，various quality problems and diseases have become prominent. At present，the industry has generally paid attention to the health problems and disease development mechanism of tunnels. It is necessary to carry out structural analysis and safety checking of in-service tunnels in order to carry out relevant research. In order to facilitate the analysis and summary of a large number of complex and varied structures，this paper establishes a general load structure model，which can take into account the non-uniform surrounding rock pressure，stratum resistance and non-uniform lining thickness，and on this basis，compiles the corresponding calculation program by using EXCEL with VBA language and ANSYS software；in addition，this paper also summarizes the application of the model. Modeling and loading methods of ANSYS load structure model are presented，and relevant mathematical formulas are deduced，which can be used as reference for design calculation. The research shows that the established general load structure model has strong practicability，which can be used for stress checking in design stage and structural analysis in operation stage. The calculation program is effective and greatly improves work efﬁciency，and more related research can be carried out in the future. Key Words：highway tunnel；load structure model；VBA；ANSYS