隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力與可靠性分析操作流程手冊(cè)范本

1、. .63/64隧道結(jié)構(gòu)力與可靠性分析操作流程手冊(cè)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc340219788 第一章隧道結(jié)構(gòu)力分析 PAGEREF _Toc340219788 h 3 HYPERLINK l _Toc340219789 1.1 Ansys菜單操作 PAGEREF _Toc340219789 h 3 HYPERLINK l _Toc340219790 1.2 Ansys命令流操作與講解 PAGEREF _Toc340219790 h 23 HYPERLINK l _Toc340219791 第二章隧道結(jié)構(gòu)安全度檢算 PAGEREF _Toc34021

2、9791 h 28 HYPERLINK l _Toc340219792 2.1素混凝土的安全度檢算 PAGEREF _Toc340219792 h 28 HYPERLINK l _Toc340219793 2.2鋼筋混凝土 PAGEREF _Toc340219793 h 30 HYPERLINK l _Toc340219794 第三章隧道結(jié)構(gòu)力隨機(jī)性分析 PAGEREF _Toc340219794 h 31 HYPERLINK l _Toc340219795 3.1作用效率變異性分析 PAGEREF _Toc340219795 h 31 HYPERLINK l _Toc340219796 3.

3、2命令流與解釋 PAGEREF _Toc340219796 h 55 HYPERLINK l _Toc340219797 第四章隧道結(jié)構(gòu)可靠性分析 PAGEREF _Toc340219797 h 70 HYPERLINK l _Toc340219798 4.1 鋼筋混凝土功能函數(shù)如下： PAGEREF _Toc340219798 h 70 HYPERLINK l _Toc340219799 4.1.1鋼筋混凝土判斷大小偏心命令流 PAGEREF _Toc340219799 h 71 HYPERLINK l _Toc340219800 4.1.2 大偏心下計(jì)算可靠度指標(biāo) PAGEREF _Toc

4、340219800 h 73 HYPERLINK l _Toc340219801 4.1.3小偏心下計(jì)算可靠度指標(biāo) PAGEREF _Toc340219801 h 76 HYPERLINK l _Toc340219802 4.2 素混凝土的功能函數(shù) PAGEREF _Toc340219802 h 79 HYPERLINK l _Toc340219803 4.2.1 破壞類型判斷 PAGEREF _Toc340219803 h 81 HYPERLINK l _Toc340219804 4.2.2 抗壓破壞 PAGEREF _Toc340219804 h 81第一章 隧道結(jié)構(gòu)力分析1.1 Ansy

5、s菜單操作本例以標(biāo)準(zhǔn)圖1202普貨-200雙線級(jí)圍巖無砟隧道為例。本隧道為二襯為c35混凝土，混凝土彈性模量為32E10，泊松比為0.2，級(jí)圍巖彈性反力系數(shù)為350e6，計(jì)算按照深埋求得豎向與水平荷載。第一步：定義工作文件名和工作標(biāo)題進(jìn)入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，選擇菜單Utility Menu：FileChange Jobname，出現(xiàn)Change Jobname對(duì)話框。在/FILNAMEnter new Jobname輸入框中輸入工作名稱Support，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇菜單Utility Menu：FileChange Title命令，出現(xiàn)Change

6、 Title對(duì)話框，在輸入欄中輸入Tunnel Support Structural Analysis，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。第二步：定義單元類型圖1-1 單元類型庫對(duì)話框選擇菜單Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Types對(duì)話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對(duì)話框。在左側(cè)滾動(dòng)欄中選擇Structural Beam，在右側(cè)滾動(dòng)欄中選擇2D elestic 3，單擊Apply按鈕，定義Beam3單元，如圖1-1所示。最后單擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。第三步：定義單

7、元實(shí)常數(shù)圖1-2定義隧道腰部和頂部BEAM3實(shí)常數(shù)1對(duì)話框 選擇菜單Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Real Contants對(duì)話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)Element Type for Real Contants對(duì)話框，單擊OK按鈕，選擇TYPE 1 BEAM3，單擊OK按鈕，最后在彈出的Real Constant for BEAM3對(duì)話框中分別輸入隧道腰部和頂部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA：0.45、慣性矩IZZ：0.00759375、高度HEIGHT：0.45，如圖1-2所示。圖1-3定義隧

8、道腰部和頂部BEAM3實(shí)常數(shù)2對(duì)話框 單擊OK按鈕，在打開的對(duì)話框中單擊Add按鈕，在彈出的對(duì)話框中選擇TYPE 1 BEAM3，單擊OK按鈕，在打開的對(duì)話框中分別輸入隧道腰部和頂部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA：0.4457、慣性矩IZZ：0.007378136、高度HEIGHT：0.4457，如圖1-3所示。這是因?yàn)樗淼酪r砌支護(hù)仰拱和腰部以與頂部的厚度不同，所以要建立多個(gè)BEAM3實(shí)常數(shù)。按一樣步驟添加其他幾個(gè)。第四步：定義材料屬性選擇菜單Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，出現(xiàn)Define Mater

9、ial Behavior對(duì)話框。在Material Models Available一欄中依次單擊Structural、Linear、Elastic、Isotropic選項(xiàng)，出現(xiàn)Linear Isotropic Properties for Material Number1對(duì)話框，在EX對(duì)話框中輸入3.2e10，在PRXY輸入欄中輸入0.2，如圖1-4所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。圖1-4線彈性材料模型對(duì)話框 單擊Structural、Density選項(xiàng)，在彈出的Density for Material Numbere 1對(duì)話框中輸入隧道襯砌混凝土材料的密度2500，如圖1-5所示。單擊OK

10、按鈕，選擇MaterialExit，退出材料定義對(duì)話框。第五步：建立模型和劃分網(wǎng)格(1)創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)選擇菜單Main Menu：PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，出現(xiàn)Create Keypoints in Active Coordinate System對(duì)話框，輸入關(guān)鍵點(diǎn)1。最后單擊OK按鈕，生成82個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。圖1-5材料密度輸入對(duì)話框(2)創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)線模型圖1-6隧道二襯中心線選擇菜單Main Menu：PreprocessorModelingCreateLinesLinesstraight line命令，然后

11、依次選中1，2兩點(diǎn)，再依次選中2，3兩點(diǎn)，直到82，1兩點(diǎn)，單擊OK按鈕。得出二襯的中心線如圖1-6所示。(3)保存幾何模型文件選擇菜單Utility Menu：FileSave as命令，打開Save Database對(duì)話框，在Save Database to下面的輸入欄中輸入文件名Support-geom.db，單擊OK按鈕。(4)為線賦予特性圖1-7選擇線條圖1-8賦予屬性選擇菜單Main Menu：PreprocessorMeshingMesh Tool命令，打開Mesh Tool對(duì)話框，在Element Attribute后面的下拉菜單選擇Lines，單擊Set按鈕，打開Line A

12、ttribute線拾取框，選中Min，Max，Inc，在輸入欄中輸入17，66，如圖1-7，單擊OK按鈕，打開Line Attributes對(duì)話框，在Material number后面的下拉菜單中選擇1，在Real Constant set number后面的下拉菜單中選擇1，在Element type number后面的下拉菜單中選擇1 BEAM3，如圖1-8所示。單擊Apply按鈕再次打開線拾取框。同樣的方法為1，11賦予屬性，其他同前，只是在Real Constant set number后面的下拉菜單中選擇7，單擊OK按鈕退出。然后在line attribute 里選擇list of

13、items，在輸入欄中輸入16，67，如圖1-9，單擊OK按鈕，打開Line Attributes對(duì)話框，在Material number后面的下拉菜單中選擇1，在Real Constant set number后面的下拉菜單中選擇2，在Element type number后面的下拉菜單中選擇1 BEAM3，單擊apply繼續(xù)為15，68；14，69；13，70；12，71；Real Constant set number后面的下拉菜單中依次選擇3，4，5，6，單擊OK退出。圖1-9選擇線條(5) 控制線尺寸圖1-10線單元尺寸劃分對(duì)話框在Mesh Tool對(duì)話框中Size Controls

14、下面選擇欄中的Lines右邊單擊Set按鈕，在打開的對(duì)話框中選擇pick All。單擊拾取框上的OK按鈕，打開Element Sizes on picked Lines對(duì)話框，如圖1-10所示。在No.of element divisions欄后面輸入1，再單擊OK按鈕。 劃分網(wǎng)格圖1-11二襯中心線節(jié)點(diǎn)圖在網(wǎng)格劃分工具欄中單擊Mesh按鈕，打開一個(gè)對(duì)話框，單擊Pick All按鈕，生成82個(gè)梁單元，如圖1-11所示。 創(chuàng)建彈簧單元圖1-12定義彈簧單元對(duì)話框加豎向彈簧，執(zhí)行main menupreprocessorModelingCreatePiping ModelsSpring Suppo

15、rt命令，彈出選取對(duì)話框，選中將為之施加彈簧支撐的節(jié)點(diǎn)1后單擊Apply按鈕，彈出Define Spring Support對(duì)話框，如圖1-12所示。NLOC項(xiàng)已自動(dòng)給出，再依次輸入彈簧類型TYPE為translational（平移），由公式K=kbh，厚度b為1，彈性系數(shù)為K*abs（nx（1）-nx（82），即3.5e8*abs（0-0.451940422）=158179147.7，偏移量為Y軸負(fù)方向偏移0.5，單擊apply，再依次為最大跨度1-22點(diǎn)，62-88點(diǎn)依次加豎向彈簧。加水平彈簧時(shí)偏移量為X方向偏移，右側(cè)為0.5，左側(cè)為-0.5。如圖1-13所示，彈性系數(shù)公式為3.5e8*a

16、bs（ny（i+1）-ny（i-1）/2。水平彈簧加到上方呈90120，這里左側(cè)加至39點(diǎn)，右側(cè)加至45點(diǎn)，再根據(jù)判斷去掉多余彈簧，由于此處數(shù)據(jù)量較大，建議用命令流添加。圖1-13彈性系數(shù)原理添加彈簧后的圖像如圖1-14。!圖1-14添加彈簧單元后的單元網(wǎng)格圖第六步：施加約束和載荷 給彈簧單元施加約束該步驟可以省略不考慮，應(yīng)對(duì)另外一種情況加上這一條選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes命令，打開在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束對(duì)話框，點(diǎn)選單元最外層節(jié)點(diǎn)共所有節(jié)點(diǎn)，單擊OK按鈕，打開Apply U，ROT o

17、n Nodes對(duì)話框，如圖1-15所示。在DOFs tu be constrained欄后面選取UX，UY，接著在Apply as欄后面的下拉菜單中選取Constant value選項(xiàng)，并在Displacement value欄后面輸入0值，然后單擊OK按鈕，完成對(duì)彈簧節(jié)點(diǎn)位移的約束。圖1-15橫向豎向約束另外給最低點(diǎn)1點(diǎn)施加水平方向約束。 施加重力加速度圖1-16施加重力加速度對(duì)話框選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravity命令，打開Apply（Gravitational）Acceleration對(duì)話框，如圖

18、1-16所示。在Global Cartesian Y-comp欄后面輸入重力加速度值9.8，單擊OK按鈕，完成重力加速度的施加。 對(duì)隧道襯砌支護(hù)施加圍巖壓力首先選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadssettingReplace vs addforces彈出replace/Add Setting for Forces對(duì)話框，在DOFSEL中選擇FX,FY，F(xiàn)CUM欄中選擇Add to existing，使施加的荷載可以疊加而不是替換。選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nod

19、es命令，打開節(jié)點(diǎn)位置施加載荷對(duì)話框，以41點(diǎn)為例，選擇41點(diǎn)，打開打開Apply F/M on Nodes對(duì)話框。在Direction of force/mom欄后面的下拉菜單中選取FY，在Force/moment value欄中輸入圍巖垂直均布力-34876.1。再選擇41點(diǎn)，添加FX方向力548.96。隧道本身是受豎向均布?jí)毫Γ鐖D1-17，在此將豎向均布荷載q置換為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)荷載，節(jié)點(diǎn)荷載等于均布荷載的集度q乘上節(jié)點(diǎn)相鄰梁單元水平投影的1/2，乘上結(jié)構(gòu)再的計(jì)算寬度b，這里，b=1。例如，第1點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)荷載p為，第2節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)荷載p2為：圖1-17施加荷載圖解同時(shí)點(diǎn)2所受的力為1桿的j

20、端里和2桿的i端力，兩者相疊加。即加兩次荷載同樣方法依次給其余點(diǎn)加載。加載后如圖1-18所示此處可用命令流簡便操作。圖1-18加載后的模型第七步：求解計(jì)算圖1-19求解選擇菜單Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打開一個(gè)求解選項(xiàng)信息和當(dāng)前求解載荷步對(duì)話框，如圖1-19所示，檢查信息無誤后，單擊OK按鈕，開始求解計(jì)算，求解結(jié)束后，彈出Solution is done提示欄，單擊Close按鈕關(guān)閉提示欄。第八步：后處理（對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析） 計(jì)算分析修改模型1）查看隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot Res

21、ultsDeformed Shape命令，彈出Plot Deformed Shape對(duì)話框，如圖1-20所示，選中Def+underformed，單擊OK按鈕，將出現(xiàn)隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖，如圖1-21所示。圖1-21初次分析計(jì)算隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖圖1-20查看變形圖對(duì)話框由上圖可知有些彈簧為受拉彈簧，這意味著該處土體受拉，這顯然不符合常理，需要去除彈簧并重新計(jì)算，直到結(jié)構(gòu)變形圖中沒有受拉彈簧為止。確定受拉彈簧圍：執(zhí)行Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table命令，定義結(jié)果顯示列表，在Lab欄中輸入列表名NI，在下面對(duì)話框選擇By

22、sequence num，右下側(cè)輸入SMISC,1，單擊OK。再執(zhí)行Main MenuGeneral PostprocElement TableList Elem table，在彈出的對(duì)話框里選擇NI，則彈出如圖1-22所示的顯示各單元軸力的對(duì)話框。圖1-22 軸力從顯示列表可以判斷119，120，123，124號(hào)彈簧受拉（正值表示受拉，負(fù)值表示受壓）。2）刪除受拉彈簧單元選擇菜單Main Menu：PreprocessorModelingDeleteElements命令，打開一個(gè)刪除單元選取對(duì)話框，在輸入欄中輸入119，120，123，124，單擊OK按鈕。選擇菜單Main Menu：Pre

23、processorModelingDeleteNodes命令，打開一個(gè)刪除節(jié)點(diǎn)選取對(duì)話框，在輸入欄中輸入119，120，123，124，單擊OK按鈕。再重新計(jì)算。3）第二次求解選擇菜單Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打開一個(gè)求解選項(xiàng)信息和當(dāng)前求解載荷步對(duì)話框，接受默認(rèn)設(shè)置，單擊OK按鈕，開始求解計(jì)算，直到出現(xiàn)一個(gè)Solution is done提示欄，單擊Close按鈕關(guān)閉提示欄。4）查看第二次分析計(jì)算結(jié)構(gòu)變形圖選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，彈出Plot Deform

24、ed Shape對(duì)話框，選中Def+underformed，單擊OK按鈕，將出現(xiàn)第二次分析計(jì)算的隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖。經(jīng)過多次計(jì)算，逐步去除受拉彈簧，最終使所有保留下的彈簧都處于受壓狀態(tài)，從而確定被動(dòng)抗力的分布圍，即確定最終的計(jì)算模型。其對(duì)應(yīng)的分析計(jì)算隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形如圖1-23所示。圖1-23最終隧道結(jié)構(gòu)變形圖5）保存計(jì)算結(jié)果選擇菜單Utility Menu：FileSave as命令，打開Save Database對(duì)話框，在Save Database to下面的輸入欄中輸入文件名Support-result.db，單擊OK按鈕。 畫出主要圖形1）繪制結(jié)構(gòu)變形圖選擇菜單Main Men

25、u：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，彈出Plot Deformed Shape對(duì)話框，選中Def+underformed，單擊OK按鈕，得到隧道結(jié)構(gòu)變形圖。圖1-24單元數(shù)據(jù)制表對(duì)話框2）將節(jié)點(diǎn)彎矩、剪力、軸力制表選擇菜單Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table命令，打開一個(gè)Element Table Data對(duì)話框，如圖1-24所示。單擊Add按鈕，打開一個(gè)Define Additional Element Table Items對(duì)話框，如圖1-25所示。在User lab

26、el for item欄后面輸入MI，在Item，Comp Results data item欄后面的左邊下拉菜單中選取By sequence num，并在右欄輸入6，然后單擊Apply按鈕；再次在User label for item欄后面輸入MJ，在Item，Comp Results data item欄后面的左邊下拉菜單中選取By sequence num，并在右欄輸入12，然后圖1-25定義單元數(shù)據(jù)表對(duì)話框單擊Apply按鈕；使用同樣的方法依次輸入FI，1；FJ，7。最后得到定義好后的單元數(shù)據(jù)表對(duì)話框，如圖1-26所示。3）設(shè)置彎矩分布標(biāo)題圖1-26定義好后的單元數(shù)據(jù)表對(duì)話框選擇菜單U

27、tility Menu：FileChange Title命令，出現(xiàn)Change Title對(duì)話框，在輸入欄中輸入BENDING MOMENT distribution，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。4）畫結(jié)構(gòu)彎矩圖圖1-27畫結(jié)構(gòu)彎矩圖對(duì)話框選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotLine Element Results命令，打開一個(gè)Plot Line-Element Results對(duì)話框，如圖1-27所示。在Elem table item at node I欄后面的下拉菜單中選取MI，在Elem table item at no

28、de J欄后面的下拉菜單中選取MJ，在Optional scale factor后面欄中輸入-1，在Items to be plotted on欄后面選擇Deformed shape單選按鈕，最后單擊OK按鈕，得到隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩圖，如圖1-28所示。圖1-28畫結(jié)構(gòu)彎矩圖對(duì)話框5）設(shè)置軸力分布標(biāo)題選擇菜單Utility Menu：FileChange Title命令，出現(xiàn)Change Title對(duì)話框，在輸入欄中輸入ZHOULI force distribution，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。6）畫結(jié)構(gòu)軸力圖選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot Resu

29、ltsContour PlotLine Element Results命令，打開一個(gè)Plot Line-Element Results對(duì)話框。在Elem table item at node I欄后面的下拉菜單中選取FI，在Elem table item at node J欄后面的下拉菜單中選取FJ，在Optional scale factor后面欄中輸入1，在Items to be plotted on欄后面選擇Deformed shape單選按鈕，最后單擊OK按鈕，得到隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)的軸力圖，如圖1-29所示。圖1-29結(jié)構(gòu)軸力圖（單位：N） 列出主要數(shù)據(jù)1）列表顯示單元的彎矩，剪力和軸

30、力圖1-30 List Element Table Data對(duì)話框選擇菜單Main Menu：General PostprocList ResultsElement Table Data命令，打開一個(gè)List Element Table Data對(duì)話框，如圖1-30所示。在Items to be listed欄后面的下拉菜單中選擇MI、MJ、FI、FJ選項(xiàng)，然后單擊OK按鈕，打開單元數(shù)據(jù)表文件，如圖1-31所示。(4) 選擇菜單Utility Menu：FileExit命令，出現(xiàn)Exit from ANSYS對(duì)話框，選擇Quite-No Save!選項(xiàng)，單擊OK按鈕，關(guān)閉ANSYS。圖1-31

31、 單元表數(shù)據(jù)第二章 隧道結(jié)構(gòu)安全度檢算2.1素混凝土的安全度檢算 時(shí)，按抗壓強(qiáng)度計(jì)算 （2.1） 時(shí)，按抗拉強(qiáng)度計(jì)算： （2.2）式中， k安全系數(shù)；穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)取=1.0；荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的軸向力； b截面寬度（m）； h截面高度（m）；混凝土抗壓極限強(qiáng)度，按鐵隧規(guī)取值，如表1；軸向力偏心距M/N；混凝土抗拉極限強(qiáng)度，按鐵隧規(guī)取值，如表1；軸向力偏心影響系數(shù)，按表2采用；表1 混凝土的極限強(qiáng)度（MPa）強(qiáng)度種類符號(hào)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C40C50抗 壓12.015.519.022.529.536.5彎曲抗壓15.019.424.228.136.945.6抗 拉1.41

32、.72.02.22.73.1表2 偏心影響系數(shù)0.000.020.040.060.080.100.120.140.161.0001.0001.0000.9960.9790.9540.9230.8860.8450.180.200.220.240.260.280.300.320.340.7990.7500.6980.6450.5900.5350.4800.4260.3740.360.380.400.420.440.460.480.3240.2780.2360.1990.1700.1420.123注：1 表中為軸向力偏心距。 2 表中2.2鋼筋混凝土(2.3)(2.4)(2.5)由式（2.3）求得x

33、，（1）當(dāng)時(shí)，為小偏心受壓，(2.6)（2）當(dāng)時(shí)，為大偏心受壓，(2.7)式中 系數(shù)，C50以下級(jí)別混凝土均取1.0見表1初始偏心距附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的較大者；鋼筋抗拉極限強(qiáng)度，見表3；表3 鋼筋的強(qiáng)度和彈性模量鋼筋種類屈服強(qiáng)度（MPa）抗拉極限強(qiáng)度（MPa）抗拉或抗壓計(jì)算強(qiáng)度（MPa）彈性模量（GPa）延伸率（%）HPB235(Q235)24038026021025HRB335(20MnSi)34052036020016省略命令流！第三章 隧道結(jié)構(gòu)力隨機(jī)性分析3.1作用效率變異性分析本例以標(biāo)準(zhǔn)圖1202普貨-200雙線級(jí)圍巖無砟隧道為例。本隧道為二襯為c

34、35混凝土，混凝土彈性模量為32E10，泊松比為0.2，級(jí)圍巖彈性反力系數(shù)為350e6，計(jì)算按照深埋求得豎向與水平荷載。第一步：定義工作文件名和工作標(biāo)題進(jìn)入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，選擇菜單Utility Menu：FileChange Jobname，出現(xiàn)Change Jobname對(duì)話框。在/FILNAMEnter new Jobname輸入框中輸入工作名稱Support，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇菜單Utility Menu：FileChange Title命令，出現(xiàn)Change Title對(duì)話框，在輸入欄中輸入Tunnel Support Structura

35、l Analysis，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。(3)首先選擇主菜單parametersangular units,在AFUN一欄選擇Degrees DEG，使ansys可以辨認(rèn)角度。第二步：定義變量級(jí)單元類型圖3-1 定義變量不同于安全度檢算，可靠度分析牽涉到變異系數(shù)的存在，所以所選的隨機(jī)變量具有其自己的變異性，這里，首先定義需要用到的變量：選擇主菜單parametersscalar parameters,彈出scalar parameters選項(xiàng)如圖3-1，在selection一欄輸入要定義的變量weiyanzhongdu=20.5e3（級(jí)圍巖圍巖重度），單擊accept，然后依次輸入，k

36、=3e8，E=3.2E10,houdu1=0.45，houdu2=0.4457，houdu3=0.4506，houdu4=0.4585，houdu5=0.4691，houdu6=0.4822，houdu7=0.5，然后是側(cè)壓力系數(shù)ceyalixishu=0.2，下面定義公式，本隧道為深埋隧道，計(jì)算方法參照規(guī)深埋隧道計(jì)算方法如下：垂直勻布?jí)毫椋?（1.1） （1.2）式中： 圍巖垂直勻布?jí)毫?；圍巖容重；圍巖壓力計(jì)算高度；圍巖級(jí)別寬度影響系數(shù)，；坑道寬度；每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率，當(dāng)5m時(shí)，取圖3-2 定義變量接著繼續(xù)定義參數(shù)，s=4，b=13.42，w= 1+0.1*(b-5)，hq= 0

37、.45*w*2*(s-1)，豎向壓力shuxiang= weiyanzhongdu*hq*0.5，水平壓力shuiping= shuxiang*ceyalixishu*0.5 ，uxishu=k，vxishu=k。定義后圖3-2所示，選擇菜單Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Types對(duì)話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對(duì)話框。在左側(cè)滾動(dòng)欄中選擇Structural Beam，在右側(cè)滾動(dòng)欄中選擇2D elestic 3，單擊Apply按鈕，定義Beam3單元，如圖3

38、-3所示。最后單擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。圖3-3 單元類型庫對(duì)話框第三步：定義單元實(shí)常數(shù)選擇菜單Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Real Contants對(duì)話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)Element Type for Real Contants對(duì)話框，單擊OK按鈕，選擇TYPE 1 BEAM3，單擊OK按鈕，最后在彈出的Real Constant for BEAM3對(duì)話框中分別輸入隧道腰部和頂部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA：houdu1、慣性矩IZZ：houdu1*houdu1*houdu1/1

39、2、高度HEIGHT：houdu1，如圖3-4所示。圖3-4定義隧道腰部和頂部BEAM3實(shí)常數(shù)1對(duì)話框 單擊OK按鈕，在打開的對(duì)話框中單擊Add按鈕，在彈出的對(duì)話框中選擇TYPE 1 BEAM3，單擊OK按鈕，在打開的對(duì)話框中分別輸入仰拱支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA：houdu2、慣性矩IZZ：houdu2*houdu2*houdu2/12、高度HEIGHT：houdu2，如圖3-5所示。這是因?yàn)樗淼酪r砌支護(hù)仰拱和腰部以與頂部的厚度不同，所以要建立多個(gè)BEAM3實(shí)常數(shù)。圖3-5定義隧道腰部和頂部BEAM3實(shí)常數(shù)2對(duì)話框按一樣步驟添加其他幾個(gè)。第四步：定義材料屬性選擇菜單Main

40、Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，出現(xiàn)Define Material Behavior對(duì)話框。圖3-6線彈性材料模型對(duì)話框在Material Models Available一欄中依次單擊Structural、Linear、Elastic、Isotropic選項(xiàng)，出現(xiàn)Linear Isotropic Properties for Material Number1對(duì)話框，在EX對(duì)話框中輸入E，在PRXY輸入欄中輸入0.2，如圖3-6所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 單擊Structural、Density選項(xiàng)，在彈出的Density

41、 for Material Numbere 1對(duì)話框中輸入隧道襯砌混凝土材料的密度2500，如圖3-7所示。單擊OK按鈕，選擇MaterialExit，退出材料定義對(duì)話框。圖3-7材料密度輸入對(duì)話框第五步：建立模型和劃分網(wǎng)格 創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)選擇菜單Main Menu：PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，出現(xiàn)Create Keypoints in Active Coordinate System對(duì)話框，輸入關(guān)鍵點(diǎn)1。最后單擊OK按鈕，生成82個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)線模型圖3-8隧道襯砌支護(hù)線模型選擇菜單Main Menu

42、：PreprocessorModelingCreateLinesLinesstraight line命令，然后依次選中1，2兩點(diǎn)，再依次選中2，3兩點(diǎn)，直到82，1兩點(diǎn)，單擊OK按鈕。得出如圖3-8所示 保存幾何模型文件選擇菜單Utility Menu：FileSave as命令，打開Save Database對(duì)話框，在Save Database to下面的輸入欄中輸入文件名Support-geom.db，單擊OK按鈕。(3)為線賦予特性圖3-9選擇線條圖3-10賦予屬性選擇菜單Main Menu：PreprocessorMeshingMesh Tool命令，打開Mesh Tool對(duì)話框，在E

43、lement Attribute后面的下拉菜單選擇Lines，單擊Set按鈕，打開Line Attribute線拾取框，選中Min，Max，Inc，在輸入欄中輸入17，66，如圖3-9，單擊OK按鈕，打開Line Attributes對(duì)話框，在Material number后面的下拉菜單中選擇1，在Real Constant set number后面的下拉菜單中選擇1，在Element type number后面的下拉菜單中選擇1 BEAM3，如圖3-10所示。單擊Apply按鈕再次打開線拾取框。同樣的方法為1，11賦予屬性，其他同前，只是在Real Constant set number后面

44、的下拉菜單中選擇7，單擊OK按鈕退出。圖3-11選擇線條然后在line attribute 里選擇list of items，在輸入欄中輸入16，67，如圖3-11，單擊OK按鈕，打開Line Attributes對(duì)話框，在Material number后面的下拉菜單中選擇1，在Real Constant set number后面的下拉菜單中選擇2，在Element type number后面的下拉菜單中選擇1 BEAM3，單擊apply繼續(xù)為15，68；14，69；13，70；12，71；Real Constant set number后面的下拉菜單中依次選擇3，4，5，6，單擊OK退出。(

45、5) 控制線尺寸圖3-12線單元尺寸劃分對(duì)話框在Mesh Tool對(duì)話框中Size Controls下面選擇欄中的Lines右邊單擊Set按鈕，在打開的對(duì)話框中選擇pick All。單擊拾取框上的OK按鈕，打開Element Sizes on picked Lines對(duì)話框，如圖3-12所示。在No.of element divisions欄后面輸入1，再單擊OK按鈕。 劃分網(wǎng)格圖3-13隧道支護(hù)單元圖在網(wǎng)格劃分工具欄中單擊Mesh按鈕，打開一個(gè)對(duì)話框，單擊Pick All按鈕，生成82個(gè)梁單元，如圖3-13所示。圖3-14定義彈簧單元對(duì)話框 創(chuàng)建彈簧單元加豎向彈簧，執(zhí)行main menupr

46、eprocessorModelingCreatePiping ModelsSpring Support命令，彈出選取對(duì)話框，選中將為之施加彈簧支撐的節(jié)點(diǎn)1后單擊Apply按鈕，彈出Define Spring Support對(duì)話框，如圖3-14所示。NLOC項(xiàng)已自動(dòng)給出，再依次輸入彈簧類型TYPE為translational（平移），由公式K=kbh，厚度b為1，彈性系數(shù)為K*abs（nx（1）-nx（82），即3.5e8*abs（0-0.451940422）=158179147.7，偏移量為Y軸負(fù)方向偏移0.5，單擊apply，再依次為最大跨度2-22點(diǎn)，62-81點(diǎn)依次加豎向彈簧。圖3-15

47、彈簧系數(shù)圖解加水平彈簧時(shí)偏移量為X方向偏移，右側(cè)為0.5，左側(cè)為-0.5.如圖3-15所示，彈性系數(shù)公式為3.5e8*abs（ny（i+1）-ny（i-1）/2。由于此處數(shù)據(jù)量較大，建議用命令流添加。圖3-16添加彈簧單元后的單元網(wǎng)格圖添加彈簧后的圖像如圖3-16。!加水平彈簧 *do,i,2,34k=a*abs(ny(i+1)-ny(i-1)/2psprng,i,tran,k,-0.5, *enddopsprng,1,tran,a*abs(ny(1)-ny(2),-0.5psprng,1,tran,a*abs(ny(1)-ny(2),0.5*do,i,50,81k=a*abs(ny(i+1)

48、-ny(i-1)/2psprng,i,tran,k,0.5*enddopsprng,82,tran,a*abs(ny(1)-ny(81)/2,0.5, !加豎向彈簧*do,i,2,22 !最大跨度k=a*abs(nx(i+1)-nx(i-1)/2psprng,i,tran,k,-0.5 *enddo*do,i,62,81k=a*abs(nx(i+1)-nx(i-1)/2psprng,i,tran,k,-0.5*enddopsprng,82,tran,a*abs(nx(1)-nx(81)/2,-0.5psprng,1,tran,a*abs(nx(1)-nx(82),-0.5allselfinis

49、h第六步：施加約束和載荷 給彈簧單元施加約束選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes命令，打開在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束對(duì)話框，點(diǎn)選單元最外層節(jié)點(diǎn)共所有節(jié)點(diǎn)，單擊OK按鈕，打開Apply U，ROT on Nodes對(duì)話框，如圖3-17所示。在DOFs tu be constrained欄后面選取UX，UY，接著在Apply as欄后面的下拉菜單中選取Constant value選項(xiàng)，并在Displacement value欄后面輸入0值，然后單擊OK按鈕，完成對(duì)彈簧節(jié)點(diǎn)位移的約束。圖3-17橫向豎向約

50、束另外給最低點(diǎn)1點(diǎn)施加水平方向約束。 施加重力加速度圖3-18施加重力加速度對(duì)話框選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravity命令，打開Apply（Gravitational）Acceleration對(duì)話框，如圖3-18所示。在Global Cartesian Y-comp欄后面輸入重力加速度值9.8，單擊OK按鈕，完成重力加速度的施加。 對(duì)隧道襯砌支護(hù)施加圍巖壓力首先選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadssettingReplace vs addforces彈出replace/Ad

51、d Setting for Forces對(duì)話框，在DOFSEL中選擇FX,FY，F(xiàn)CUM欄中選擇Add to existing，使施加的荷載可以疊加而不是替換。選擇菜單Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes命令，打開節(jié)點(diǎn)位置施加載荷對(duì)話框，以41點(diǎn)為例，選擇41點(diǎn)，打開打開Apply F/M on Nodes對(duì)話框。在Direction of force/mom欄后面的下拉菜單中選取FY，在Force/moment value欄中輸入圍巖垂直均布力-34876.1。再選擇41點(diǎn)，添加FX方向力548.9

52、6。隧道本身是受豎向均布?jí)毫?，如圖3-19，在此將豎向均布荷載q置換為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)荷載，節(jié)點(diǎn)荷載等于均布荷載的集度q乘上節(jié)點(diǎn)相鄰梁單元水平投影的1/2，再乘上結(jié)構(gòu)的計(jì)算寬度b，這里，b=1。例如，第1點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)荷載p為，第2節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)荷載p2為：圖2-19施加荷載圖解同時(shí)點(diǎn)2所受的力為1桿的j端里和2桿的i端力，兩者相疊加。即加兩次荷載同樣方法依次給其余點(diǎn)加載，加載后如圖3-20所示。此處可用命令流簡便操作。*do,i,22,61 a=- 71285*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)f,i+1,fy,a f,i,fy,a*enddo!水平荷載*do,i,1,41a= 14257*0.

53、5*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i+1,fx,a f,i,fx,a*enddo*do,i,42,81a=- 14257*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1)f,i+1,fx,a f,i,fx,a *enddof,1,fx,- 14257*0.5*abs(ny(1)-ny(2)f,82,fx,- 14257*0.5*abs(ny(82)-ny(1)圖3-20加載后的模型第七步：求解計(jì)算圖3-21求解選擇菜單Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打開一個(gè)求解選項(xiàng)信息和當(dāng)前求解載荷步對(duì)話框，如圖3-21所示，檢查信息無誤后，單擊OK按鈕，開始求解計(jì)算

54、，求解結(jié)束后，彈出Solution is done提示欄，單擊Close按鈕關(guān)閉提示欄。第八步：后處理（對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析） 計(jì)算分析修改模型1）查看隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖圖3-22查看變形圖對(duì)話框選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，彈出Plot Deformed Shape對(duì)話框，如圖2-22所示，選中Def+underformed，單擊OK按鈕，將出現(xiàn)隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖，如圖3-23所示。圖3-23初次分析計(jì)算隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖從圖3-23的初次分析隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖中可以看出彈簧111、112、

55、113、114、115、118、119、120、121、122，是受拉的，因?yàn)橛脕砟M隧道結(jié)構(gòu)與圍巖間相互作用的地層彈簧只能承受壓力，所以這10根彈簧必須去掉，再重新計(jì)算，直到結(jié)構(gòu)變形圖中沒有受拉彈簧為止。2）刪除受拉彈簧單元選擇菜單Main Menu：PreprocessorModelingDeleteElements命令，打開一個(gè)刪除單元選取對(duì)話框，在輸入欄中輸入111、112、113、114、115、118、119、120、121、122，單擊OK按鈕。選擇菜單Main Menu：PreprocessorModelingDeleteNodes命令，打開一個(gè)刪除節(jié)點(diǎn)選取對(duì)話框，在輸入欄中輸

56、入111、112、113、114、115、118、119、120、121、122，單擊OK按鈕。3）第二次求解選擇菜單Main Menu：SolutionSolveCurrent LS命令，打開一個(gè)求解選項(xiàng)信息和當(dāng)前求解載荷步對(duì)話框，接受默認(rèn)設(shè)置，單擊OK按鈕，開始求解計(jì)算，直到出現(xiàn)一個(gè)Solution is done提示欄，單擊Close按鈕關(guān)閉提示欄。4）查看第二次分析計(jì)算結(jié)構(gòu)變形圖選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，彈出Plot Deformed Shape對(duì)話框，選中Def+underformed，單擊O

57、K按鈕，將出現(xiàn)第二次分析計(jì)算的隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖。經(jīng)過2次計(jì)算，得到?jīng)]有受拉彈簧時(shí)的隧道結(jié)構(gòu)模型。其對(duì)應(yīng)的分析計(jì)算隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)變形如圖3-24所示。圖3-24最終隧道結(jié)構(gòu)變形圖5）保存計(jì)算結(jié)果選擇菜單Utility Menu：FileSave as命令，打開Save Database對(duì)話框，在Save Database to下面的輸入欄中輸入文件名Support-result.db，單擊OK按鈕。 畫出主要圖形1）繪制結(jié)構(gòu)變形圖圖3-25單元數(shù)據(jù)制表對(duì)話框選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，彈出Plot

58、Deformed Shape對(duì)話框，選中Def+underformed，單擊OK按鈕，得到隧道結(jié)構(gòu)變形圖，如圖3-24所示。2）將節(jié)點(diǎn)彎矩、剪力、軸力制表圖3-26定義單元數(shù)據(jù)表對(duì)話框選擇菜單Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table命令，打開一個(gè)Element Table Data對(duì)話框，如圖3-25所示。單擊Add按鈕，打開一個(gè)Define Additional Element Table Items對(duì)話框，如圖3-26所示。在User label for item欄后面輸入MI，在Item，Comp Results data i

59、tem欄后面的左邊下拉菜單中選取By sequence num，并在右欄輸入6，然后單擊Apply按鈕；再次在User label for item欄后面輸入MJ，在Item，Comp Results data item欄后面的左邊下拉菜單中選取By sequence num，并在右欄輸入12，然后單擊Apply按鈕；使用同樣的方法依次輸入FI，1；FJ，7。最后得到定義好后的單元數(shù)據(jù)表對(duì)話框，如圖3-27所示。圖3-27定義好后的單元數(shù)據(jù)表對(duì)話框3）設(shè)置彎矩分布標(biāo)題選擇菜單Utility Menu：FileChange Title命令，出現(xiàn)Change Title對(duì)話框，在輸入欄中輸入BEN

60、DING MOMENT distribution，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。4）畫結(jié)構(gòu)彎矩圖圖3-28畫結(jié)構(gòu)彎矩圖對(duì)話框選擇菜單Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotLine Element Results命令，打開一個(gè)Plot Line-Element Results對(duì)話框，如圖3-28所示。在Elem table item at node I欄后面的下拉菜單中選取MI，在Elem table item at node J欄后面的下拉菜單中選取MJ，在Optional scale factor后面欄中輸入-1，在Items to