直刚法程序使用说明.docVIP

直刚法程序使用说明 一、直刚法原理 本程序采用直接刚度法（简称“直刚法”，又称位移刚度法）电算程序对模型混凝土衬砌结构进行强度检算。其基本原理是：以结构节点位移为基本未知量，连接在同一节点，各单元的节点位移应该相等，并等于该节点的结构节点位移——变形协调条件；同时作用于某一结构节点的荷载必须与该点上作用的各个单元的节点力相平衡——静力　条件。因此，首先要进行单元分析，找到单元节点力和单元节点位移的关系——单元刚度矩阵，然后进行整体分析，将每一个节点上共同位移的各单元刚度矩阵元素简单地叠加起来，建立以节点静力平衡为条件的总体刚度方程，再利用边界条件，由结构刚度方程中解出未知的结构各节点的位移，也就是解结构刚度方程，然后再根据变形协调条件求得联结于该节点各单元的单元节点位移，进而求出单元节点力——衬砌的内力。 二、衬砌的计算图式 图1 衬砌计算图式 程序把衬砌结构看作为离散化单元的集合体，以衬砌结构轴线代替原衬砌结构，采用弹性支撑链杆模拟围岩压力，且按节点径向设置。隧道边墙底端弹性固定，能产生转动和垂直下沉，但由于边墙底面和围岩之间摩擦力甚大，一般不能产生水平位移，故应在边墙底面的水平方向上加以约束，计算图式如图1所示。衬砌各单元杆件两端以i 为始端，j为末端，x、y 为单元局部坐标系，以i为原点，x轴沿杆轴由i到j为正，由x轴顺时针旋转90°为y 轴的正向（见图1所示）：X、Y为结构坐标系，X、Y轴分别以向右、向下为正，原点为衬砌结构轴线顶点。单元节点力与节点位移的正负方向均与单元坐标轴正负方向规定一致，弯矩和角位移以顺时针方向为正。单元节点编号从0 开始，单元号从1开始，由左至右顺序编写。 三、直刚法电算程序计算的实现过程 1）直刚法电算程序计算的实现过程 输入基本原始数据 调用子程序coore，计算各单元几何参数：a，(，clg，clog及节点坐标， 调用子程序loadps，计算节点荷载 形成结构基本单刚 调用子程序ALL，形成结构 荷 载 组 数 累 计 调用子程序SE，解刚度方程并输出节点 调用子程序CHECK，对各截面的偏心和安全系数进行判断并输出判断结果 Load＝load＋1 　　　　　　　　　否 判断load是否大于ld 　　是 停　　机 2）本程序的使用方法 在应用本程序进行衬砌结构强度检算前，应该已经选定衬砌的内轮廓并初步设计衬砌厚度，之后对衬砌单元按照计算图式进行离散编号。通过修改原程序的坐标计算模块，衬砌结构分块不再受到任何限制，但在单元划分时应确保拱顶这个重要位置为一节点。单元划分好以后，在CAD中画出衬砌结构平面图并标出二次衬砌的轴线，下面结合衬砌结构平面图说明直刚法程序数据文件的编制。 以上就是从程序中抽出的数据文件的编制流程，阅读程序时，其中第一列是“c”的是被废弃掉的语句，注意不要被其影响。下面对数据文件中的各参数做一详细说明：nsym表示结构对称性情况，输入1表示对称，0表示不对称；nclog表示结构内外缘是否相等，1表示相等，0表示不等；iauto表示是否手动输入各节点坐标，0表示手动输入，1表示由程序自动生成；locat表示当前块所在位置，1表示边墙，2表示拱圈；ina表示当前块的外轮廓线形，1表示直线，2表示曲线；kload表示有无集中荷载，1表示有，0表示无；nc表示深浅埋情况，0表示浅埋hhq，1表示浅埋hhq，2表示深埋，3表示明洞；w表示连拱隧道信息:1,为连拱隧道,做紧靠中隔墙的衬砌荷载处理 ，否则不用；n1-衬砌与中隔墙顶部相连处的衬砌节点号；u-中隔墙处荷载处理方式：1，假设分布荷载为零，自动输入；2，手动输入节点荷载子程序loadps中的语句read(8,*) knode,(forc1(knode,j),j=1,3) 的意思是读入集中荷载所在位置（knode）以及该力的大小，forc1就是表示这个集中力的数组，分别是水平力，竖向力以及弯矩；bet表示起始角，其表示方法为计算图式中的X负方向顺时针旋转到起始边的角度的大小，逆时针旋转为负。其他变量的含义见下表。 值得强调的是，一般情况下曲边墙的下部都被扩大作成外缘为直线垂直与地平面，这样的话，弹性连杆垂直其外缘设置，这一部分就不能看作是曲墙了，在进行计算时应视其为直角梯形型的直墙；同时，拱顶作为结构受力最薄弱的部分，在划分单元时必须保证其为一节点；块数一般按照内轮廓线的线段组合划分，但线段连接处必须是节点；由于衬砌厚度会导致内轮廓线和衬砌轴线不一致，在线段连接不顺滑地方容易出现一个小三角形的割断区，为保此处受力不失真，宜将此小三角形单独划分为一个单元块。 常用变量含义说明表 xi，yi xj，yj di，dj r30 r0 alf bet nl 块的起点坐标 块的终点坐标 块的起点和终