隧道衬砌分析.pdf

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1、BasicTutorialsChapter2.隧道衬砌分析二维隧道衬砌分析1.1学习目的第1部分学习目的及概要隧道衬砌的结构设计，是按结构分析、断面设计的顺序进行。一般以素混凝土为准，采用容许应力法。在超过容许应力的情况下，适用强度设计法来完成分析。隧道衬砌的分析顺序如下流程。根据荷载条件及边界条件计算最佳的衬砌厚度和钢筋配筋量。▶衬砌分析流程图一般采用梁单元来模拟混凝土衬砌，仅受压弹簧模拟衬砌与岩土的相互作用。▶衬砌建模衬砌：梁单元地基：弹簧地基Comp.-onlyElasticLink通过本例题可以学

2、习如下的主要功能及分析方法：•隧道衬砌建模•仅受压弹簧建模•梁单元荷载输入及荷载组合定义Chapter2.隧道衬砌分析

3、1BasicTutorialsChapter2.隧道衬砌分析1.2模型及分析概要在本例题使用的模型为学以学习分析程序为目的简化模型，与实际情况会有所不同。例题上使用的与隧道开挖相关的数据和输入的荷载如下。隧道形式明挖隧道埋深3m3容重(Υs)20kN/m内部摩擦角(ф)30土的属性侧向压力系数(K0=1-0.5sinφ)2设计标准强度(fck)27000kN/m材料3容重()25kN

4、/m(混凝土)73弹性模量(Ec)2.4645x10kN/m3心圆隧道隧道形状(R1=4.665m,R2=3.0m,A1=60°,A2=60°)纵向长度14m此操作例题中使用的隧道的截面形状如下所示并显示了计算的静止土压力。隧道结构上施加结构自重、竖直土压力和水平土压力。▶明挖隧道受力图开挖隧道的情况下，可以按受静止土压力以及主动土压力来进行结构分析，但在开挖隧道的情况下应当用受松弛荷载的结构代替土压力来完成分析。2

5、Chapter2.隧道衬砌分析BasicTutorialsChapter2.隧道衬砌分析

6、[打开附件中的开始模型(02_lining_start)。]第2部分分析设置*:分析>分析工况>设置(Analysis>AnalysisCase>Setting)•设置模型类型、重力方向、初始参数及分析用的单位制。单位制可以在建模过程及确认分析结果时修改，根据设置的单位制将自动换算参数。•本例题是把Y轴作为二维模型的重力方向，单位制使用SI单位制(kN,m)。▶分析设置Chapter2.隧道衬砌分析

7、3BasicTutorialsChapter2.隧道衬砌分析3.1定义岩土及结构材料第3部分定义材料及属性

8、模型中使用的结构材料信息如下表。对于结构，在定义材料信息时应勾选[结构]。▶结构材料表[单位:kN,m]名称C27材料各向同性模型类型弹性弹性模量(E)2.7e7泊松比(v)0.18容重(r)25▶定义结构材料3.2定义属性使用具有抗拉、抗压、抗剪、抗弯的梁单元模拟衬砌，材料属性如下表。设置了截面形状则程序自动计算截面刚度。▶表.结构属性[单位:kN,m]名称衬砌类型1D模型类型梁材料C27间距-截面形状Rectangle截面尺寸H=0.4,B=14

9、Chapter2.隧道衬砌分析BasicTutoria

10、lsChapter2.隧道衬砌分析▶定义结构属性▶▶定义截面形状Chapter2.隧道衬砌分析

11、5BasicTutorialsChapter2.隧道衬砌分析本例题的主要目的是掌握二维模型的几何建模、网格划分、荷载施加及构件设计过程。您可第4部分以从已经输入基本材料和属性的开始文件开始学习例题。建模4.1几何形状建模*:几何>顶点与曲线>隧道(Geometry>Point&Curve>Tunnel)生成隧道截面。在GTSNX中，为了方便生成隧道的截面，提供隧道截面设计功能。•隧道类型选择3心圆-10’，截面

12、类型选择‘-10’。•输入‘R1=4.665,A1=60,R2=3,A2=60’。•取消勾选[生成线组]选项，点击[确认]键生成隧道形状。▶生成隧道截面▶▶生成的隧道边线4.2生成网格*:网格>生成>1D(Mesh>Generate>1D)生成模拟衬砌的梁单元。•选择左/右侧墙体，输入分割数量‘8’。•网格组名称输入[墙体]后点击[适用]键。•用同样的方法生成拱顶和底板的单元。(拱顶:分割数量20,底板:分割数量20)。6

13、Chapter2.隧道衬砌分析BasicTutorialsChapter2.隧道衬

14、砌分析▶开挖隧道▶生成网格(线)▶▶生成的网格（节点）*:网格>单元>参数(Mesh>Element>Parameters)修改单元坐标系。所有结构单元内力和应力是基于单元坐标系输出的。特别是梁单元，其剪切刚度和抗弯刚度的输入方向是基于该坐标系。所以正确地理解这个概念非常重要。对于桁架单元、仅受拉/仅受压单元等只有轴向刚度的单元，仅有单元坐标系x轴有意义。虽然y、z轴没有意义但为了图形显示而指定构件截面的排列方向时是有必要的。