二维隧道衬砌分析-Midas.docx

Basic Tutorials Chapter 2. 隧道衬砌分析 二维隧道衬砌分析 第 1 部分 学习目的及概要 ?衬砌分析流程图 ?衬砌建模 学习目的 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。 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：梁单元 通过本例题可以学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 地基：弹簧地基 Comp.-only Chapter 2. 隧道衬砌分析 | 1 Basic Tutorials Chapter 2. 隧道衬砌分析 模型及分析概要 隧道形式埋深 隧道形式 埋深 明挖隧道 3m 容重 ( Υs) 20 kN/m 3 内部摩擦角 ( ф) 30 土的属性  侧向压力系数 (K0=1- sinφ)  0.5 2 材料 (混凝土 ) 设计标准强度 (fck) 27000 kN/m 容重 ( ) 25 kN/m 3 弹性模量 (Ec) 2.4645x107 kN/m 3 3 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 | Chapter 2. 隧道衬砌分析 Basic Tutorials Chapter 2. 隧道衬砌分析 第 2 部分 分析设置 ? 分析设置 [打开附件中的开始模型 (02_lining_start) 。] * : 分析 分析工况 设置 (Analysis Analysis Case 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) 。 Chapter 2. 隧道衬砌分析 | 3 Basic Tutorials Chapter 2. 隧道衬砌分析 第 3 部分 定义材料及属性 定义岩土及结构材料 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 ?定义结构材料  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 [ 单位 : kN, m] 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 名称 [ 单位 : kN, m] 衬砌 类型 1D 模型类型 梁 材料 C27 间距 - 截面形状 截面尺寸 Rectangle H=0.4, B=1 | Chapter 2. 隧道衬砌分析 Basic Tutorials Chapter 2. 隧道衬砌分析 ?定义结构属性 ??定义截面形状 Chapter 2. 隧道衬砌分析 | 5 Basic Tutorials Chapter 2. 隧道衬砌分析 第 4 部分 建模 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。您可以从已经输入基本材料和属性的开始文件开始学习例题。 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 GTS NX 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 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 | Chapter 2. 隧道衬砌分析 Basi