地下结构的荷载结构计算方法

第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
弹性抗力系数 ：k ( MPa/m )
水平、垂直基床系数： kh 、kv ( MPa/m )
水平基床系数的比例系数：m (MN/m4)
ANSYS：地铁车站
弹簧刚度
K ( N/m )
la
b
lb
K＝klb
l:计算间距 b:纵向长度
杆单元
K=EA/L
E = klb ×L/ A
被动区土体 用弹簧模拟
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模型建立要点
ANSYS：地铁车站
x
y
j
i
X
EA L
ui
uj
k杆
EA L
k弹簧
EA L
S
Fe ke e
Xi Yi Xj
EA
L 0 EA
0 0 0
EA L 0
EA
000uuviij
Yj
L 0
0
L 0
0v j
用杆单元模拟弹簧时实常数：A/S
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
地铁
《 地铁设计规范 》 GB 50157-2013
11.6.2 桩、墙式围护 结构的设计应根据设定的 开挖工况和施工顺序按竖 向弹性地基梁模型逐阶段 计算其内力和变形。
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
何时选用 荷载—结构
模型？
如何建立 荷载—结构
模型？
荷载—结构 模型ANSYS
分析实例
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
明挖地铁车站结构
某明挖地铁车站，标准段 采用地下二层单柱双跨结 构，要求对侧墙和各层板 进行配筋验算。
荷载来源 弹性支承
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模型建立要点
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模型建立要点
ANSYS：地铁车站
隧道
《公路隧道设计细则》 JTG/T D70-2010
10.1.1 当隧道支护结 构在稳定洞室过程中起主要 作用、承担外部荷载较明确 、自重荷载可能控制结构强 度时，宜采用荷载—结构模 型进行内力计算，并对其极 限状态进行校核。
11.6.5 盾构法施工的隧道结
构根据隧道和地层结构的特点
可分别采用自由圆环法、惯用
计算法、修正惯用计算法、多
铰圆环计算法和梁弹簧模型计
算法等方法进行计算。
Байду номын сангаас 第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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荷载－结构法
结构是主要分析对象 结构是承载的主体
外部荷载明确 自重控制强度
第四章 荷载结构法的适用性
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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地铁
《 地铁设计规范 》 GB 50157-2013
11.6.3 明挖结构宜按 底板支承在弹性地基上的 结构物计算，并计入立柱 和楼板的压缩变形、斜托 和支座宽度的影响；
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
地铁
《 地铁设计规范 》 GB 50157-2013
l
l = ( la+lb ) / 2
第四章 荷载结构法的适用性
位移边界条件
注意约束刚体位移。
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
荷载
模型建立要点
荷载类型
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荷载
荷载大小
荷载组合
要注意施工各阶段和使用阶段的最不利条件，并考虑 未来条件发生变化的可能性。
第四章 荷载结构法的适用性
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
结构体系理想化
二维还是三维？
• 隧道——平面应变？ • 洞口段、横洞的交叉段 • 初期支护刚支撑 • 注意荷载是否沿纵向不变
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第四章 荷载结构法的适用性
结构体系理想化
二维还是三维？ • 基坑 • 空间效应
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
第四章 地下结构的荷载—结构计算方法
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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何时选用 荷载—结构
模型？
如何建立 荷载—结构
模型？
荷载—结构 模型ANSYS
分析实例
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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结构与地层相互作用方式的不同
地下结构的 力学模型
荷载—结构模型 地层—结构模型
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结构体系理想化
二维还是三维？ • 地铁车站 • 中柱刚度
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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结构体系理想化
简化位置和厚度 单元类型：杆、梁、板、壳 布点位置：截面厚度变化点、荷载作用点、突变点，
反力系数变化点以及要读取结果的点 单元个数：结构曲率大、应力变化较大的位置应加密
第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
结构在稳定洞室过程 中起主要作用
• 浅埋隧道衬砌结构、Ⅳ～Ⅵ 级围岩深埋地段衬砌结构
外部荷载较明确，自 重可能控制结构强度
• 明洞、棚洞结构
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
第四章 荷载结构法的适用性
结构体系理想化
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
位移边界条件
地层——弹簧 模拟地层的弹簧一端与 结构铰接，另一端固定。 可采用仅受压的弹簧单 元。
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第四章 荷载结构法的适用性
位移边界条件
支撑——弹簧
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
何时选用 荷载—结构
模型？
如何建立 荷载—结构
模型？
荷载—结构 模型ANSYS
分析实例
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几何 模型
有限元 计算
读取计 算结果
网格剖 分
边界条 件
撰写计 算书
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第四章 荷载结构法的适用性
模型建立要点
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第四章 荷载结构法的适用性 几何模型 单元选择 材料属性 边界条件 查看结果
模型建立要点
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弹性抗力系数 22MPa/m
第四章 荷载结构法的适用性 实常数
模型建立要点
ANSYS：地铁车站
A柱=A/S=0.7×1.1/9 I柱＝bh3/12/S＝1.1×0.73/12/9