隧道工程報(bào)告

1、隧道工程課程設(shè)計(jì)一、 工程概況末地區(qū)一暗挖雙線馬蹄形隧道， 埋深h=60m,圍巖等級(jí)為v級(jí)，地層平均容重16.0 kN/m3 寬度B=13.08m,隧道采用復(fù)合式襯砌形式，襯砌厚度為 0.55m,配筋采用中22200mm , 鋼材采用HRB335,鋼筋保護(hù)層厚度 50mm。二、 計(jì)算1、襯砌結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。這種共同作用正是地下結(jié)構(gòu)與地面 結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。根據(jù)本工程淺埋及松散地層的特點(diǎn)，使用階段結(jié)構(gòu)安全性檢算采用“荷 載一結(jié)構(gòu)”模式，即將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體

2、，圍巖作為荷載的來源 和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過彈性支承對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束 來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算模型中，二襯結(jié)構(gòu)采用彈性平面梁?jiǎn)卧M，彈性抗力以及隧底地基均采用彈簧單元模擬。組合荷載根據(jù)不同作用方向分別轉(zhuǎn)換成等效節(jié)點(diǎn)力施加在相應(yīng)的單元結(jié)點(diǎn)上。具 體計(jì)算模型見圖1。2、荷載計(jì)算圍巖壓力計(jì)算參照課本中有關(guān)我國(guó)鐵路隧道推薦的方法進(jìn)行確定(雙線隧道)或參照鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，深淺埋分別計(jì)算。按破壞階段設(shè)計(jì)計(jì)算垂直壓力公式:q=r x hq = 0.45 x 2A(s-1) x r x w式中：hq等效荷載高度值S 圍巖級(jí)別r 圍巖的容重w寬度影響系數(shù)，其值為w=1+i（ B-5）計(jì)

3、算得,q=0.45x2A（5-1）x16000x1.805=2.082816e5N/m水平均布松動(dòng)壓力系數(shù)取0.4，則e=0.4q=0.8331264e5N/m3、ANSYSB作命令流! 荷載 結(jié)構(gòu)方法計(jì)算（馬蹄形斷面）finish! 退出當(dāng)前處理程序/clear!清除以前數(shù)據(jù),重新開始一個(gè)新的分析! 進(jìn)入前處理器/COM,Structural!定義分析類型,結(jié)構(gòu)分析（熱分析、流體分析等/prep7*AFUN,deg! 定義角度單位為度（缺省為弧度，RAD）定義建模及材料參數(shù)的一些變量值*set,Py,2.082816e5!定義垂直圍巖壓力大?。ㄈ粲械乇砗奢d加地表荷載值）*set,px1,0.

4、8331264e5*set,px2,0.8331264e5*set,cylxsh,0.4*set,cyl,Py*cylxsh*set,CQHD,0.55*set,CQDYCD,0.105面積相等)! 定義側(cè)壓力系數(shù)! 水平側(cè)壓力! 定義初支或二襯厚度! 定義梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度參數(shù)及彈簧單元面積（梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度與彈簧單元*set,CQETXML,31e9*set,CQUBSB,0.2*set,WYTXKL,100e6*set,WYMD,1600*set,CQMD,2500! 定義襯砌（初支或二襯）的彈性模量! 定義襯砌的泊松比! 定義圍巖的彈性抗力系數(shù)! 定義圍巖的密度! 定義襯砌的密度! 定義單元類型及材

5、料屬性及單元實(shí)常數(shù)et,1,beam3mp,ex,1,CQETXML mp,prxy,1,CQUBSB mp,dens,1,CQMD! 定義1 號(hào)單元為梁?jiǎn)卧? 定義 1 號(hào)材料的彈性模量! 定義1 號(hào)材料的泊松比! 定義 1 號(hào)材料的密度R,1,CQHD,1/12*CQHD*CQHD*CQHD,CQHD !1-實(shí)常數(shù)號(hào)；第一個(gè)參數(shù)為梁截面的面積；第二個(gè)參數(shù)為梁?jiǎn)卧霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量；第三個(gè)參數(shù)為梁高。! 建立幾何模型! 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)k,1,0,-4.72025,!k-點(diǎn)命令；1-點(diǎn)號(hào)；坐標(biāo)（x,y,z）k,2,2.37785,-4.52497,k,3,4.69199,-3.94437,k,4,5.78

6、402,-3.26345,k,5,6.46070,-2.16877,k,6,6.72584,-1.09876,k,7,6.815,0,k,8,4.81893,4.81893,k,9,0,6.815,k,10,-4.81893,4.81893,k,11,-6.815,0,k,12,-6.72584,-1.09876,k,13,-6.46070,-2.16877,k,14,-5.78402,-3.26345,k,15,-4.69199,-3.94437,k,16,-2.37785,-4.52497,! 二襯軸線larc,1,3,2!三點(diǎn)畫圓?。浩瘘c(diǎn)-終點(diǎn) 中間點(diǎn) 最好全按逆時(shí)針畫，彎矩及軸力的方向

7、一致larc,3,5,4larc,5,7,6larc,7,9,8larc,9,11,10larc,11,13,12larc,13,15,14larc,15,1,16! 設(shè)置線單元材料屬性，劃分單元（初支單元）lsel,s,1,8 !LSEL,Type,Item,Comp,VMIN, VMAX,VINClATT,1,1,1!給線單元付材料號(hào)、實(shí)常數(shù)、單元類型號(hào)LATT, MAT, REAL, TYPE, ESYSMSHKEY,1!設(shè)置單元為映射單元（單元比較規(guī)則）lesize,1,CQDYCD !LESIZE, NL1, SIZE, ANGSIZ, NDIV, SPACElesize,2,CQD

8、YCDlesize,3,CQDYCDlesize,4,CQDYCDlesize,5,CQDYCDlesize,6,CQDYCDlesize,7,CQDYCDlesize,8,CQDYCDlsel,alllmesh,all! 劃分線單元nummrg,all,low ! 所有號(hào)數(shù)從1 開始numcmp,node,eord !壓縮節(jié)點(diǎn)號(hào)并排序! 施加水平彈簧支撐單元(在梁?jiǎn)卧拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)上分別產(chǎn)生水平方向彈簧單元)*do,i,2,195!do 循環(huán)，要對(duì)應(yīng)下面一個(gè)*EDNDOa1=abs(ny(i-1)-ny(i+1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)i-1和節(jié)點(diǎn)i+1之間y的變化量*彈性抗力kx=a1/2P

9、SPRNG,i,TRAN,kx,0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX, DDYZ, ELEM! 彈簧單元,節(jié)點(diǎn)號(hào),平移,彈性系數(shù),彈簧水平長(zhǎng)度產(chǎn)生水平彈簧*enddo*do,i,197,389!do 循環(huán)，要對(duì)應(yīng)下面一個(gè)*EDNDOa1=abs(ny(i-1)-ny(i+1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)i-1和節(jié)點(diǎn)i+1之間y的變化量*彈性抗力kx=a1/2PSPRNG,i,TRAN,kx,-0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX,DDYZ, ELEM! 彈簧單元,節(jié)點(diǎn)號(hào),平移 ,彈性系數(shù),彈簧水平長(zhǎng)度產(chǎn)生水平彈簧*enddoa1=abs(ny(

10、389)-ny(1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)390 上的彈性抗力kx=a1/2PSPRNG,390,TRAN,kx,-0.2,! 施加豎直彈簧支撐單元(在梁?jiǎn)卧拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)上分別產(chǎn)生豎直方向彈簧單元)b1=abs(nx(390)-nx(2)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)1 上的彈性抗力ky=b1/2PSPRNG,1,TRAN,ky,-0.2,*do,i,2,94!do 循環(huán)，要對(duì)應(yīng)下面一個(gè)*EDNDOb1=abs(nx(i-1)-nx(i+1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)i-1和節(jié)點(diǎn)i+1之間x的變化量*彈性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,-0.2, !PSPRNG, NLOC,

11、 TYPE, K, DX,DDYZ, ELEM! 彈簧單元,節(jié)點(diǎn)號(hào),平移,彈性系數(shù),彈簧水平長(zhǎng)度產(chǎn)生水平彈簧*enddo*do,i,95,297!do 循環(huán)，要對(duì)應(yīng)下面一個(gè)*EDNDOb1=abs(nx(i-1)-nx(i+1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)i-1和節(jié)點(diǎn)i+1之間x的變化量*彈性抗力 ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX,DDYZ, ELEM! 彈簧單元,節(jié)點(diǎn)號(hào),平移,彈性系數(shù),彈簧水平長(zhǎng)度產(chǎn)生水平彈簧*enddo*do,i,298,389!do 循環(huán)，要對(duì)應(yīng)下面一個(gè)*EDNDOb1=abs(nx(i-1)-

12、nx(i+1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)i-1和節(jié)點(diǎn)i+1之間x的變化量*彈性抗力ky=b1/2PSPRNG,i,TRAN,ky,-0.2, !PSPRNG, NLOC, TYPE, K, DX,DDYZ, ELEM! 彈簧單元,節(jié)點(diǎn)號(hào),平移,彈性系數(shù),彈簧水平長(zhǎng)度產(chǎn)生水平彈簧*enddob1=abs(nx(289)-nx(1)*WYTXKL !計(jì)算節(jié)點(diǎn)1 上的彈性抗力ky=b1/2PSPRNG,390,TRAN,ky,-0.2,! 施加邊界條件與圍巖壓力/solu! 進(jìn)入求解器計(jì)算!nsel,s,1!選擇約束的節(jié)點(diǎn),仰拱中間節(jié)點(diǎn)!d,all,ux!施加水平方向的約束allselfcum,ad

13、d,!一定要，使荷載能疊加! 豎向荷載(y 方向壓力，最大跨度以上節(jié)點(diǎn)施加豎向荷載，換算成節(jié)點(diǎn)荷載，在節(jié)點(diǎn)上施加)*do,i,95,297!在96 298 號(hào)節(jié)點(diǎn)施加豎向圍巖壓力a=-Py*0.5*abs(nx(i-1)-nx(i+1) ! 計(jì)算作用在節(jié)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)力f,i,fy,a*enddo! 水平向荷載(X 方向壓力，全部節(jié)點(diǎn)施加水平荷載，換算成節(jié)點(diǎn)荷載，在節(jié)點(diǎn)上施加)*do,i,2,195!在2 195 號(hào)節(jié)點(diǎn)施加水平圍巖壓力a=-(px1+(px2-px1)/(ny(196)-ny(1)*(ny(196)-ny(i)*abs(nY(i-1)-nY(i+1)*0.5f,i,fX,a*en

14、ddo*do,i,196,389!在197 389 號(hào)節(jié)點(diǎn)施加水平圍巖壓力a=(px1+(px2-px1)/(ny(196)-ny(1)*(ny(196)-ny(i)*abs(nY(i-1)-nY(i+1)*0.5f,i,fX,a*enddoa=(px1+(px2-px1)/(ny(196)-ny(1)*(ny(196)-ny(390)*abs(nY(389)-nY(1)*0.5f,390,fX,a! 設(shè)定重力加速度! 重力加速度以向下位置，不用加負(fù)號(hào)ACEL,0,9.8,0, ALLSEL,ALL finish/prep7 *do,i,391,423EDELE,iNDELE,i*enddo*

15、do,i,492,677EDELE,iNDELE,i*enddo*do,i,746,778EDELE,iNDELE,i*enddo*do,i,873,1075 EDELE,iNDELE,i*enddo! 進(jìn)入求解器計(jì)算/solu time,1 OUTRES,ALL,LAST, solcontrol,0,0 nlgeom,1PIVCHECK,1 neqit,100, autots,1 nsubst,5 kbc,0ESEL,ALL NSEL,ALL! 定義時(shí)間步! 設(shè)置輸出選項(xiàng)! 設(shè)置是否為非線性求解! 大變形開關(guān)! 如果不收斂，計(jì)算退出! 非線性求解，平衡力最大迭代次數(shù)! 自動(dòng)步長(zhǎng)! 子步數(shù)!

16、指定荷載按線性增加solvesave,jg,db! 求解! 將第一時(shí)間步的計(jì)算結(jié)果保存! 進(jìn)入后處理器，對(duì)結(jié)果進(jìn)行后處理/POST1ESEL,s,TYPE,1 NSLE,s,ALLetabel,ni,smisc,1 etabel,nj,smisc,7 etabel,mi,smisc,6 etabel,mj,smisc,12 etable,Qi,smisc,2 etable,Qj,smisc,8!定義梁i節(jié)點(diǎn)的軸力!定義梁j節(jié)點(diǎn)的軸力!定義梁!定義梁!定義梁!定義梁i節(jié)點(diǎn)的彎矩 j節(jié)點(diǎn)的彎矩 i節(jié)點(diǎn)的剪力 j節(jié)點(diǎn)的剪力ESEL,s,TYPE,2etabel,tanhuangzhouli,smis

17、c,1plls,ni,nj,1plls,mi,mj,-14、計(jì)算結(jié)果LIKE 5TREM3STEF-1 37P -4 TIME-l MI=-455tD9E1EH-136=42522ELEM=12fiAN襯砌內(nèi)力彎矩圖（N.m），m ANI- LIKE STRESS 5ItEl STB XIEEE=1 mMiff =M7 FFV-lO-?MM =- + 103E+O7 E-EM=196FEB 2012以E+BJ襯砌內(nèi)力軸力（N）5.襯砌截面強(qiáng)度檢算（1）隧道結(jié)構(gòu)截面抗壓驗(yàn)算：K N <= a Rb h式中：K安全系數(shù)，取2.4N軸力（MN ）Ra混凝土抗壓極限強(qiáng)度（MPa）構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)

18、，取 =1a軸向力偏心影響系數(shù)，可由e0/h值查鐵道隧道設(shè) 計(jì)規(guī)范得到K N <=l.TjRlbh（2）偏心受壓構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算式中：R1混凝土極限抗拉強(qiáng)度注：當(dāng)e0<=0.2h,由抗壓強(qiáng)度控制承載能力，不必驗(yàn)算抗裂；當(dāng) e0>0.2h,由抗拉強(qiáng)度 控制承載能力，不必驗(yàn)算抗壓。*10,2.1-3偏心影瞄票鼓。0.000.02o.(u0.06(LOSOJO0 420J40J6iffILOWrwI.OTO0,9960.979DM。，并30 g&60.8450p180,2。0,22。/40.260.2S0 30032。,34ff0.799b750a.69s0.645(?,5W0,535。.墳0.426上374/口小0.360.380.400.420.44U.460.48ff0,3240.2780.236,GA99Q.1700.1420,123注iI表中”為璃何力恒心電；2- 1.000 + 0, Mfi(12.569(/A)2 + 11,444(e#/A),泰1%2.3鋼筋混置土料件的飄向彎曲嘉敬10,12141«182022242b2830乎1W0.90.950.92。國(guó)0.75。何僅600.560.52注，1 H為構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度，兩端削性固定時(shí)，H=Q,5h 端刖性固定,另一 端為不移葬的彼時(shí)，H-0.7