第7章 高速公路連拱隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計力學(xué)分析

1、7. 1二次襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)分析過程下面先來確定分析標題。/TITLE,Mechanical analysis on permanent lining of twin arch tunnel in Express-way!分析標 題/NOPR ! 菜單過濾設(shè)置/PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1KEYW,PR_STRUC,1 ! 保留結(jié)構(gòu)分析部分菜單/COM,/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural1. 材料、實常數(shù)和單元類型定義/PREP7 ! 進入前處理器ET,1,BE

2、AM3 ! 設(shè)置梁單元類型,模擬二次襯砌ET,2, COMBIN14 ! 設(shè)置彈簧單元類型,模擬襯砌與地層相互作用 ET,3,PLANE42 ! 設(shè)置平面單元類型,模擬中墻KEYOPT,3,1,0KEYOPT,3,2,0KEYOPT,3,3,2 ! 設(shè)置平面單元為平面應(yīng)變模式KEYOPT,3,5,0KEYOPT,3,6,0R,1,0.5,0.0104167,0.5, , , , !設(shè)置梁單元幾何常數(shù),單位為 mR,2,30e6, , , ! 設(shè)置彈簧單元幾何常數(shù),單位為 PaMPTEMP, ! 設(shè)置材料模型MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,28e9 ! 輸入彈性模量,單位為 PaMP

3、DATA,PRXY,1,0.2 !輸入泊松比MPTEMP, ! 設(shè)置材料模型MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,2500 !輸入密度,單位為 kgSAVE ! 保存數(shù)據(jù)庫2. 建立幾何模型(1創(chuàng)建關(guān)鍵點。K,100,0,0,0, ! 通過編號和坐標創(chuàng)建關(guān)鍵點K,1,12.0696,-2.0434,0, !以下關(guān)鍵點號小于 10的為右隧道輪廓線上的點K,11,-12.0696,-2.0434,0,K,2,6.89,6.05,0,K,12,-6.89,6.05,0,K,3,1.1394,1.8796,0,K,13,-1.1394,1.8796,0,K,4,0.84,0,0,K,14,-

4、0.84,0,0,K,5,1.3318,-2.3893,0,K,15,-1.3318,-2.3893,0,K,6,6.89,-3.4025,0,K,16,-6.89,-3.4025,0, !以上關(guān)鍵點號大于 10的為左隧道輪廓線上的點 K,101,6.89,0,0, !右隧道中心K,102,-6.89,0,0, ! 左隧道中心NUMMRG,ALL, , , ,LOW !合并所有元素NUMCMP,ALL !壓縮所有元素的編號K,16,6.89,12.35,0, ! 右隧道仰拱的圓心K,17,-6.89,12.35,0, !左隧道仰拱的圓心SAVE ! 保存數(shù)據(jù)(2創(chuàng)建左右隧道輪廓線。LSTR,

5、3, 9 ! 通過兩個關(guān)鍵點創(chuàng)建直線LSTR, 4, 10LSTR, 5, 11 ! 以上三條線為中墻上的水平直線Larc,6,1,16,15.75 ! 以上為右隧道輪廓線的繪制Larc,12,11,17,15.75 ! 以上為左隧道輪廓線的繪制NUMMRG,ALL, , , ,LOW !合并所有元素NUMCMP,ALL !壓縮所有元素的編號SAVE ! 保存數(shù)據(jù)(3創(chuàng)建中墻面。al,1,10,2,6 !通過 4條線創(chuàng)建面al,2,9,3,7SAVE ! 保存數(shù)據(jù),生成的面、線和關(guān)鍵點,如圖 7-3所示。 3. 創(chuàng)建彈簧節(jié)點所在的輪廓線(1創(chuàng)建關(guān)鍵點。K,18,-0.1889,2.1902,0

6、, ! 通過編號和坐標創(chuàng)建關(guān)鍵點K,21,0.1889,2.1902,0,K,19,-13.084,-3.0296,0,K,22,13.084,-3.0296,0,K,20,-0.9879,-3.325,0,K,23,0.9879,-3.325,0,K,24,6.89,7.05,0,K,25,-6.89,7.05,0,K,26,1.1394,2.8796,0,K,27,-1.1394,2.8796,0,K,28,1.3318,-3.3893,0,K,29,-1.3318,-3.3893,0,SAVE ! 保存數(shù)據(jù)(2創(chuàng)建左右隧道彈簧節(jié)點輪廓線。Larc,19,20,17,16.75 ! 以上為

7、左隧道彈簧節(jié)點輪廓線的繪制LSTR, 26, 27LSTR, 28, 29NUMMRG,ALL, , , ,LOW ! 合并所有元素NUMCMP,ALL ! 壓縮所有元素的編號GPLOT ! 顯示所有元素SAVE ! 保存數(shù)據(jù)4. 單元網(wǎng)格劃分(1設(shè)置單元大小,如圖 7-4所示。lsel,s,1,3,1 ! 選擇線 1到 3lsel,a,22,23,1 ! 再選擇線 22和 23LESIZE,all, , ,6, , , , ,1 ! 設(shè)置單元大小 , 所有選擇的線被劃分成 6個單元 Allsel ! 選擇所有元素lsel,s,6,7,1 ! 選擇線 6和 7lsel,a,9,10,1 !再選

8、擇線 9和 10LESIZE,all, , ,4, , , , ,1 ! 設(shè)置單元大小 , 所有選擇的線被劃分成 4個單元 Allsel ! 選擇所有元素lsel,s,4,5,1 ! 選擇線 4和 5lsel,a,11,15,1 ! 再選擇線 11和 15lsel,a,8, , ! 再選擇線 8LESIZE,all,1 , , , , , , ,1 ! 設(shè)置單元大小 , 所有選擇的線被劃分 1.0m 長的單元 Allsel ! 選擇所有元素lsel,s,17,19,2 !選擇線 17和 19LESIZE,all, , ,8, , , , ,1 ! 設(shè)置單元大小 , 所有選擇的線被劃分成 8個單

9、元 Allsel ! 選擇所有元素lsel,s,16,18,2 ! 選擇線 16和 18lsel,a,20,21,1 ! 再選擇線 20和 21LESIZE,all, , ,12, , , , ,1 ! 設(shè)置單元大小 , 所有選擇的線被劃分成 12個單元 /PNUM,LINE,1 ! 顯示線/PNUM,ELEM,0 ! 顯示編號/REPLOT ! 重新顯示Lplot ! 顯示線SAVE ! 保存數(shù)據(jù)(2劃分單元,其單元圖如圖 7-5所示。TYPE, 1 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的類型,二次襯砌MAT, 1 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的材料REAL, 1 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的幾何常數(shù)lsel,u,1,3

10、,1 ! 不選擇線 13lmesh, all ! 對所有的線進行單元劃分TYPE, 3 !設(shè)置將要創(chuàng)建單元的類型,中墻MAT, 1 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的材料REAL, 1 !設(shè)置將要創(chuàng)建單元的幾何常數(shù)amesh,1,2,1 ! 劃分面 1和面 2NUMMRG,ALL, , , ,LOW ! 合并所有元素NUMCMP,ALL !壓縮所有元素的編號/PNUM,KP,0 ! 以下為顯示單元顏色/PNUM,ELEM,1/REPLOT ! 重新顯示Eplot !顯示單元SAVE ! 保存數(shù)據(jù)(3創(chuàng)建彈簧單元,加了彈簧單元的單元網(wǎng)格如圖 7-6所示。TYPE, 2 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的類型MAT, 1

11、 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的材料REAL, 2 !設(shè)置將要創(chuàng)建單元的幾何常數(shù)E,36,155 ! 通過單元的兩個節(jié)點創(chuàng)建彈簧單元 ! 依次繼續(xù)直到所有的彈簧單元創(chuàng)建完成,其節(jié)點的編號如圖 7-7所示。 TYPE, 1 !設(shè)置將要創(chuàng)建單元的類型MAT, 1 ! 設(shè)置將要創(chuàng)建單元的材料REAL, 1 !設(shè)置將要創(chuàng)建單元的幾何常數(shù)LCLEAR,16,23,1 ! 清除線 16到 23上的所有單元ALLSEL,ALL ! 選擇所有元素NUMMRG,ALL, , , ,LOW !合并所有元素NUMCMP,ALL !壓縮所有元素的編號EPLOT ! 顯示單元/AUTO,1 ! 圖形最大化/REP,FAST !

12、 快速重新繪制Finish ! 返回 Main Menu 主菜單SAVE ! 保存數(shù)據(jù)7.1.2 加 載 與 求 解1. 加載(1對四周各節(jié)點施加“ Ux ”和“ Uy ”兩個方向的約束。/SOL ! 進入求解器FLST,2,76,1,ORDE,10 !選擇要施加約束的節(jié)點,共 76個FITEM,2,81FITEM,2,-93FITEM,2,95FITEM,2,-101FITEM,2,103FITEM,2,-113FITEM,2,115FITEM,2,-134FITEM,2,136FITEM,2,-160!*/GOD,P51X, ,0, , , ,UX,UY, , , , ! 在“ Ux ”和

13、“ Uy ”兩個方向的施加約束(2施加重力加速度。ACEL,0,10,0, ! 在 Y 方向施加重力加速度Save ! 保存數(shù)據(jù)(4 節(jié)點力的計算。 具體的計算公式如第 3.3.3小節(jié)中介紹的等效節(jié)點荷載計算式, 本實例采用 EXCEL 電子表格進行計算。FLST,5,8,4,ORDE,5 !原則節(jié)點所在的 8條線,左右隧道各 4條FITEM,5,4FITEM,5,-5FITEM,5,8FITEM,5,11FITEM,5,-15LSEL,S, , ,P51X ! 選擇線NSLL,R,1 !選擇線上的節(jié)點/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0

14、/PNUM,NODE,1 ! 顯示節(jié)點編號設(shè)置/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0!*/PNUM,ELEM,1/REPLOT!*NPLOT ! 顯示節(jié)點NLIST,ALL, , , ,NODE,NODE,NODE ! 列出節(jié)點坐標SAVE ! 保存數(shù)據(jù)(4在節(jié)點上施加集中力,加上荷載和位移邊界條件后的幾何模型如圖 7-8所示。 f, 65 ,fx, 18967.5 ! 在節(jié)點上施加 X 方向集中力f, 66 ,fx, 33795f, 67 ,fx, 25455f, 69 ,fx, 8520 ! 以上為右隧道下部左側(cè)節(jié)點上施加 X 方向集中力f, 30 ,fx, 0

15、f, 31 ,fx, -19125f, 32 ,fx, -26670f, 33 ,fx, -34125f, 34 ,fx, -41475f, 3 ,fx, -135612.75 ! 以上為右隧道下部右側(cè)節(jié)點上施加 X 方向集中力f, 7 ,fx, -126435f, 9 ,fx, -103725f, 11 ,fx, -71400f, 12 ,fx, -52530f, 13 ,fx, -32437.5 ! 以上為右隧道上部右側(cè)節(jié)點上施加 X 方向集中力f, 2 ,fx, 0f, 17 ,fx, 64275f, 19 ,fx, 100140f, 20 ,fx, 114585f, 21 ,fx, 6

16、0570 ! 以上為右隧道上部左側(cè)節(jié)點上施加 X 方向集中力f, 46 ,fx, -60570f, 47 ,fx, -114585f, 48 ,fx, -100140f, 50 ,fx, -64275f, 52 ,fx, -22147.5 ! 以上為左隧道上部右側(cè)節(jié)點上施加 X 方向集中力f, 45 ,fx, 0f, 55 ,fx, 52530f, 56 ,fx, 71400f, 58 ,fx, 103725f, 60 ,fx, 126435f, 72 ,fx, 41475f, 73 ,fx, 34125f, 74 ,fx, 26670f, 75 ,fx, 19125 ! 以上為左隧道下部左側(cè)

17、節(jié)點上施加 X 方向集中力 f, 70 ,fx, 0f, 76 ,fx, -8520f, 78 ,fx, -25455f, 79 ,fx, -33795f, 80 ,fx, -18967.5 ! 以上為右隧道下部右側(cè)節(jié)點上施加 X 方向集中力 f, 65 ,fy, 109464 ! 在節(jié)點上施加 Y 方向集中力f, 66 ,fy, 220548f, 67 ,fy, 223392f, 68 ,fy, 225444f, 69 ,fy, 226680 ! 以上為右隧道下部左側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 f, 30 ,fy, 220452f, 31 ,fy, 212940f, 32 ,fy, 2108

18、52f, 33 ,fy, 208140f, 34 ,fy, 204600f, 35 ,fy, 200520f, 1 ,fy, 129000f, 3 ,fy, 42840 ! 以上為右隧道下部右側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 f, 4 ,fy, 0f, 5 ,fy, -20300f, 6 ,fy, -48000f, 7 ,fy, -74500f, 8 ,fy, -99400f, 9 ,fy, -121900f, 10 ,fy, -141460f, 11 ,fy, -157820f, 12 ,fy, -170500f, 13 ,fy, -179180 ! 以上為右隧道上部右側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中

19、力 f, 2 ,fy, -185750f, 15 ,fy, -186700f, 16 ,fy, -179800f, 17 ,fy, -168480f, 18 ,fy, -153020f, 19 ,fy, -133810f, 20 ,fy, -111310f, 21 ,fy, -49650 ! 以上為右隧道上部左側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 f, 46 ,fy, -59580f, 47 ,fy, -111310f, 48 ,fy, -133810f, 49 ,fy, -153020f, 50 ,fy, -168480f, 51 ,fy, -179800f, 52 ,fy, -186700 ! 以

20、上為左隧道上部右側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 f, 45 ,fy, -185750f, 54 ,fy, -179180f, 55 ,fy, -170500f, 56 ,fy, -157820f, 57 ,fy, -141460f, 58 ,fy, -121900f, 59 ,fy, -99400f, 60 ,fy, -74500f, 61 ,fy, -48000f, 62 ,fy, -20300 ! 以上為左隧道上部左側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 f, 63 ,fy, 0f, 64 ,fy, 42840f, 53 ,fy, 129000f, 71 ,fy, 200520f, 72 ,fy, 2

21、04600f, 73 ,fy, 208140f, 74 ,fy, 210852f, 75 ,fy, 212940 ! 以上為左隧道下部左側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 f, 70 ,fy, 220452f, 76 ,fy, 226680f, 77 ,fy, 225444f, 78 ,fy, 223392f, 79 ,fy, 220548f, 80 ,fy, 91220 ! 以上為右隧道下部右側(cè)節(jié)點上施加 Y 方向集中力 2. 求解(1求解前設(shè)置。NROPT,FULL, , ! 采用全牛頓-拉普森法進行求解Allsel ! 選擇所有內(nèi)容Outres,all,all !輸出所有內(nèi)容(2求解。Solv

22、e ! 求解計算Finish ! 求解結(jié)束返回 Main Menu 主菜單 SAVE ! 保存數(shù)據(jù)7.1.3 后 處 理1. 初次查看內(nèi)力和變形結(jié)果/POST1 ! 進入后處理器PLDISP,1 ! 繪制變形和未變形圖 ETABLE, ,SMISC, 6 ! 6、 12表示彎矩ETABLE, ,SMISC, 12ETABLE, ,SMISC, 1 ! 1、 7表示軸力ETABLE, ,SMISC, 7ETABLE, ,SMISC, 2 ! 2、 8表示剪力ETABLE, ,SMISC, 8ESEL,U,TYPE,1 ! 僅顯示單元類型 1 PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0 ! 繪制

23、彎矩圖 PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0 !繪制軸力圖 PLLS,SMIS2,SMIS8,2,0 ! 繪制剪力圖Save ! 保存數(shù)據(jù)2. 去除受拉彈簧再計算Finish ! 結(jié)束后處理器操作/sol ! 進入求解器FLST,2,39,2 ! 選擇單元FITEM,2,244FITEM,2,245FITEM,2,246FITEM,2,247FITEM,2,248FITEM,2,243FITEM,2,242FITEM,2,257FITEM,2,258FITEM,2,259FITEM,2,260FITEM,2,261FITEM,2,256FITEM,2,255FITEM,2,231FITEM,2,232FITEM,2