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1、-隧道工程课程设计一、工程概况*地区一暗挖双线马蹄形隧道，埋深h=125m，围岩等级为v级，地层平均容重16.0 kN/m3。宽度 B=13.08m，隧道采用复合式衬砌形式，衬砌厚度为 0.42m，配筋采用22200mm，钢材采用 HRB335，钢筋保护层厚度 50mm。二、计算1、 衬砌构造的计算模型隧道工程建筑物是埋置于地层中的构造物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护构造与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作用正是地下构造与地面构造的主要区别。根据本工程浅埋及松散地层的特点，使用阶段构造平安性检算采用“荷载构造模式，即将支护和围岩分开考虑，支护构造是承载主体，围岩作为
2、荷载的来源和支护构造的弹性支承。支护构造与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护构造施加约束来实现的。计算模型中，二衬构造采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均采用弹簧单元模拟。组合荷载根据不同作用向分别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2、荷载计算围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的法进展确定双线隧道或参照?铁 路隧道设计规?，深浅埋分别计算。按破坏阶段设计计算垂直压力公式：.z.-q=r * hq = 0.45 * 2(s-1) * r * w式中：hq等效荷载高度值S围岩级别r围岩的容重w宽度影响系数，其值为 w=1+iB-5计算得
3、， q=0.45*2(5-1)*16000*1.805=2.082816e6N/m水平均布松动压力系数取 0.3，则 e=0.3q=0.0634e6N/m3、ANSYS 操作命令流!荷载构造法计算(马蹄形断面finish!退出当前处理程序/clear!去除以前数据,重新开场一个新的分析/,Structural!定义分析类型,构造分析(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,2.082816e5!定义垂直围岩压力大小假设有地表荷载加地表荷载值*set,p*1,0.0634e6*set,p
4、*2,0.0634e6*set,cyl*sh,0.3!定义侧压力系数*set,cyl,Py*cyl*sh!水平侧压力*set,CQHD,0.47!定义初支或二衬厚度*set,CQDYCD,0.17!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,CQET*ML,31e9!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,WYT*KL,100e6!定义围岩的弹性抗力系数*set,WYMD,1600!定义围岩的密度*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m
5、p,e*,1,CQET*ML!定义 1 号材料的弹性模量mp,pr*y,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。!建立几模型!创立关键点k,1,0,-4.65025,!k-点命令；1-点号；坐标*,y,z)k,2,2.36643,-4.45519,k,3,4.66945,-3.87810,k,4,5.73443,-3.21404,k,5,6.39434,-2.14650,.z.-k,6,
6、6.65675,-1.08747,k,7,6.745,0,k,8,4.76943,4.76943,k,9,0,6.745,k,10,-4.76943,4.76943,k,11,-6.745,0,k,12,-6.65675,-1.08747,k,13,-6.39434,-2.14650,k,14,-5.73443,-3.21404,k,15,-4.66945,-3.87810,k,16,-2.36643,-4.45519,!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，弯矩及轴力的向一致larc,3,5,4larc,5,7,6larc,7,9,8larc,9,11
7、,10larc,11,13,12larc,13,15,14larc,15,1,16!设置线单元材料属性，划分单元(初支单元)lsel,s,1,8!LSEL,Type,Item,p,VMIN, VMA*,VINClATT,1,1,1!给线单元付材料号、实常数、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, SPACElesize,2,CQDYCDlesize,3,CQDYCDlesize,4,CQDYCDlesize,5,CQDYC
8、Dlesize,6,CQDYCDlesize,7,CQDYCDlesize,8,CQDYCDlsel,alllmesh,all!划分线单元nummrg,all,low !所有号数从 1 开场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向弹簧单元*do,i,2,118!do 循环，要对应下面一个*EDNDOa1=abs(ny(i-1)-ny(i+1)*WYT*KL !计算节点 i-1 和节点 i+1 之间 y 的变化量*弹性抗力k*=a1/2PSPRNG,i,TRAN,k*,0.2,!PSPRNG, NLOC, TYPE, K, D*
9、, 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.z.-*enddo*do,i,121,235!do 循环，要对应下面一个*EDNDOa1=abs(ny(i-1)-ny(i+1)*WYT*KL!计算节点 i-1 和节点 i+1 之间 y 的变化量*弹性抗力k*=a1/2PSPRNG,i,TRAN,k*,-0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, D*, 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(235)-ny(1)*WYT*KL!计算节点 294 上的弹性抗力k*=
10、a1/2PSPRNG,236,TRAN,k*,-0.2,!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向弹簧单元b1=abs(n*(236)-n*(2)*WYT*KL!计算节点 1 上的弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,1,TRAN,ky,-0.2,*do,i,2,57!do 循环，要对应下面一个*EDNDOb1=abs(n*(i-1)-n*(i+1)*WYT*KL!计算节点 i-1 和节点 i+1 之间*的变化量*弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,-0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, D*, DY, DZ, ELEM!弹簧单元,节点号,平
11、移,弹性系数,弹簧水平长度产生水平弹簧*enddo*do,i,58,!do 循环，要对应下面一个*EDNDOb1=abs(n*(i-1)-n*(i+1)*WYT*KL!计算节点 i-1 和节点 i+1 之间*的变化量*弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, D*, 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,235!do 循环，要对应下面一个*EDNDOb1=abs(n*(i-1)-n*(i+1)*WYT*KL!计算节点 i-1 和节点 i+1 之间*的变化
12、量*弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,-0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, D*, 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(n*(235)-n*(1)*WYT*KL!计算节点 1 上的弹性抗力ky=b1/2PSPRNG,235,TRAN,ky,-0.2,!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,u*!施加水平向的约束allsel.z.-fcum,add, !一定要，使荷载能叠加!竖向荷载y 向压力，最大跨度以上节
13、点施加竖向荷载，换算成节点荷载，在节点上施加*do,i,58,!在 59181 号节点施加竖向围岩压力a=-Py*0.5*abs(n*(i-1)-n*(i+1) !计算作用在节点上的节点力f,i,fy,a*enddo!水平向荷载*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,2,118!在 2118 号节点施加水平围岩压力a=-(p*1+(p*2-p*1)/(ny(148)-ny(1)*(ny(148)-ny(i)*abs(nY(i-1)-nY(i+1)*0.5f,i,f*,a*enddo*do,i,119,235!在 1120235 号节点施加水平围岩压力a=(p*1+(p*2-p*1)/(ny(119)-ny(1)*(ny(119)-ny(i)*abs(nY(i-1)-nY(i+1)*0
