盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)ansys計(jì)算方法

1、一、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算模型1、慣用法（白由圓環(huán)變形法）慣用法的想法早在1960年就提出了，在日本國(guó)內(nèi)得到了廣泛的 應(yīng)用。慣用法假設(shè)管片環(huán)是彎曲剛度均勻的環(huán)，不考慮管片接頭部分 的柔性特征和彎曲剛度下降，管片截面具有同樣剛度，并且彎曲剛度 均勻的方法。這種方法計(jì)算出的管片環(huán)變形量偏小， 導(dǎo)致在軟弱地基 中計(jì)算出的管片截面內(nèi)力過(guò)小，而在良好地基條件下計(jì)算出的內(nèi)力又 過(guò)大。地層反力假設(shè)僅在水平方向上下 45范圍內(nèi)按三角形規(guī)律分 布，這種模型可以計(jì)算出解析解。P0水壓Pw1r11土壓i Pe11iV ! 14k a地基抗力qwiqei水土無(wú)廠壓一qw2qe2垂直抗力R2+R2i自重反力P=兀g（水土分離

2、算法）2、修正慣用法在采用慣用法的60年代，怎樣評(píng)價(jià)錯(cuò)縫拼裝效應(yīng)是一個(gè)問(wèn)題。 如果錯(cuò)縫拼裝管片，可彌補(bǔ)管片接頭存在造成的剛度下降。于是，在 對(duì)帶有螺栓接頭的管片環(huán)進(jìn)行多次核對(duì)研究時(shí)，首次引入了T - E對(duì)錯(cuò)縫拼裝的襯砌進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，即為修正慣用法。該法將襯砌視為具 有剛度T EI的均質(zhì)圓環(huán)，將計(jì)算出的彎矩增大即（1+E ） M,得到管 片處的彎矩；將求出的彎矩減少即（1-E ） M,得到接頭處的彎矩。 其中T稱為彎曲剛度有效率，E稱為彎矩增加率，它為傳遞給鄰環(huán)的 彎矩與計(jì)算彎矩之比。管片接頭由于存在一些較的作用，所以可以認(rèn) 為彎矩并不是全部經(jīng)由管片接頭傳遞，其一部分是利用環(huán)接頭的剪切 阻力傳遞

3、給錯(cuò)縫拼裝起來(lái)的鄰接管片。隧道縱向1d.J、M2/2Mk M/2B/2:)Mm+mMB1fi(M/2/M2/2接頭傳遞彎矩示意圖二、管片計(jì)算荷載的確定1、荷載的分類襯砌設(shè)計(jì)所考慮的各種荷載，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)方法 進(jìn)行假定并根據(jù)隧道的用途加以考慮。襯砌設(shè)計(jì)所考慮的各種荷載見(jiàn) 表所示。襯砌設(shè)計(jì)荷載分類表何載分類荷載名稱永久何我結(jié)構(gòu)白重地表超載土壓水壓地層抗力設(shè)備重量可變基本可變荷載地面車輛荷載地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力隧道內(nèi)部車輛行人等引起的荷載其它可變施工荷載（設(shè)備運(yùn)輸、施工機(jī)具及人員、 盾構(gòu)推進(jìn)、壓注漿等）偶然荷載地震荷載2、計(jì)算斷面選擇埋深最大斷面埋深最小斷面埋深一般斷面水位3、

4、水土壓力計(jì)算對(duì)于粘性土層，如西安地鐵黃土地層、成都地鐵二號(hào)線膨脹土地 層等，應(yīng)采用水土壓力合算的方式進(jìn)行荷載計(jì)算。此時(shí)，地下水位以 上地層荷載用濕容重計(jì)算，地下水位以下用飽和容重計(jì)算。對(duì)于透水性較好的砂性地層，如西安地鐵粗砂、中砂地層，成都 地鐵卵石土地層等，應(yīng)采用水土壓力分算的方式進(jìn)行荷載計(jì)算。此時(shí) 地下水位以上地層荷載用濕容重計(jì)算，地下水位以下用浮容重計(jì)算。水土壓力合算與分算，主要影響管片結(jié)構(gòu)側(cè)向荷載。一般水土分 算時(shí)側(cè)向壓力更大。4、松弛土壓力將垂直土壓力作為作用于襯砌頂部的均布荷載來(lái)考慮。其大小宜 根據(jù)隧道的覆土厚度、隧道的斷面形式、外徑和圍巖條件等來(lái)決定?？紤]長(zhǎng)期作用于隧道上的土壓力

5、時(shí)， 如果覆土厚度小于隧道外徑，一 般不考慮地基的拱效應(yīng)而采用總覆土壓力。 但當(dāng)覆土厚度大于隧道外 徑時(shí)，地基中產(chǎn)生拱效應(yīng)的可能性比較大， 可以考慮在計(jì)算時(shí)采用松 弛土壓力，一般米用 泰沙基公式計(jì)算。P044i111114:W%件*:警mw件圖2-5松弛土壓力示意圖hoBec/Bi"K0 tanK0tan .H / B1、P0-K0 tan .H / B1e) eB1( - c/B1)K0 tan(1 一-K0tan .H / B1K0 tan .H / B1e 01)P0e0/4/2Bi = R0cot()2式中：h0土的松動(dòng)高度ov 太沙基豎向松弛土壓 力甲內(nèi)摩擦角Po上覆荷載y

6、 土的容重c 土的粘聚力三、管片內(nèi)力有限元計(jì)算單元選擇1、beam3單元輸入?yún)?shù)：(1)實(shí)常數(shù)(Real ConstantsAREA -橫截面積IZZ -橫截面慣性矩HEIGHT -梁高(2)材料參數(shù)(Material Properties)EX彈模DENS密度PRXY泊松比其它選項(xiàng)采用默認(rèn)即可2、Link10 單元(1) Real ConstantsAREA -橫截面積，取單位面積1。(2) Material PropertiesEX彈模，需滿足E*A=地層抗力剛度其它選項(xiàng)采用默認(rèn)即可3、linkl 單元(1) Real ConstantsAREA -橫截面積，取單位面積1。(2) Mate

7、rial PropertiesEX彈模，為了不影響計(jì)算結(jié)果取足夠小，如1。四、結(jié)點(diǎn)力計(jì)算1、均布荷載時(shí)Fn-1Fn+lLX?i +1Xn-l中間結(jié)點(diǎn):Fn = p(Xn 1 - Xn1)/2兩端結(jié)點(diǎn)：F1 = p(X2 - X1)/2Fn = P(Xn - Xn _ 1)/22、梯形荷載時(shí)VVVy1ynyi中間結(jié)點(diǎn)：_1 . 一 、， 、一 、,、】Fn =疽"2 Pn)(yn - Yn-1)(2PnPn 1)(4 1 一 Yn)'6兩端結(jié)點(diǎn)：1 ,!F1(2P1P2)(Y2 - y"61一 一.1FN = ( PN -1 2PN)(yN 一 yN-1)6五、圓形結(jié)

8、構(gòu)內(nèi)力計(jì)算1、計(jì)算參數(shù)R=4.5m； B=1.5m； H=0.5m（厚）；Pw1=0.1MPa;Pe1=0.14MPa;Pw2=0.19MPa;Pe2=0.05MPa;Q1=0.14MPaQ2=0.23MPa2、在白重情況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布計(jì)算命令流為：/prep7et,1,beam3et,2,link10keyopt,2,3,1 !* 只受壓 *R,1,0.75,0.015625,0.5,R,2,1, ,!定義混凝土襯砌材料mp,ex,1,2.76e10mp,prxy,1,0.2mp,dens,1,2600mp,ex,2,5e7mp,prxy,2,0.01!建立幾何模型k,1,0,0,0cir

9、cle,1,4.5!設(shè)置劃分單元大小為0.5m/個(gè)Lsel,allLESIZE,all,0.5, , , , , , ,1Type,1Mat,1Real,1Lmesh,all!復(fù)制建立地層彈簧CSYS,1wpcsys,-1nsel,s,loc,x,4.4,4.6NGEN,2,500,all, , ,1 , , ,1,allsel,all*do,i,1,60type,2real,2mat,2e,i,i+500*enddo nsel,s,loc,x,5.4,5.6 d,all,all nsel,s,32D,all, , , , , ,UX, allsel,all csys,0 wpcsys,-1

10、/solACEL,0,10,0, !* 施加重力命令 * solve /post1ETABLE, ,SMISC, 1ETABLE, ,SMISC, 7ETABLE, ,SMISC, 2ETABLE, ,SMISC, 8ETABLE, ,SMISC, 6ETABLE, ,SMISC, 12DISPLACEMENTBTEP=1 SUB =1 TIHEslDUX =B ID013S1ANMAY 26 200618:24:32LINE STRESSSTEP=1 SUB =1 TIHE-1 SttlSl SMI S i MIN =-32315 ELEM=92 MAX 0 ELEH=62ANMAY 26

11、200818:23:57-32315-25134-179S3-10772-3591-28725-21543-14362-71810LINE STRESSSTEP=1 SUB =1 TIME=1SMIS1 SMIS7MIN =-223250 ELEM=46M心=-41091 ELEM=16ANMAY 26 2008 18:22:14-223250-182771-142291-101811-61331-203010-162531-122051-81571-41091LINE STRESSSTEP=1 SUB =1 TIME=1SMIS2 SMIS8MIN =-24071 ELEM=22 MAX =

12、24071ELEM=9ANMAY 26 2008 18:22:51-24071-13373-2675802418722-18722-802426751337324071工況一：兀g+地層反力作為主動(dòng)荷載施加f 助"-E12CS一5 鴕9-29220-133192582105 笠W4331848334383-197640-122944-40049-160392-Q5497268461060262931017411391S8MAY £6 WQQB21：44i5ZLIt4tL腮ST £P = 1HAY 26 200018：23l07LIWE 3TRE335TEP=1SU

13、B =1riME=l3MI36 3MI312HIM =-197640MAE =139100SUB =1 riKE=l SMIS6 SMIS12 MIN =-37170 ELEM=16 MAM =34303 ELEM=37ELEI-T-5 6LINE STRESSSTEP=1 SUE =1 TIWE=1 SMIS1 SMIS7 MIN =-.195E+07 ELEM=32 MAX =-.152E+07 ELEM=15ANMAY 26 2008 21:45:20-.195E+O7-.186E+07-.176E+07-.166E+07-.157E-K)7-.190E-HJ7-.181E+O7-.17

14、1B*O7-.162E*O7-.152E+07LINE STRESSSTEP=1 SUE =1 TIWE=1SMIS2 SMIS8MIN =-108493 ELEM=51MAX =108302 ELEM=40ANMAY 26 2008 21:45:30-108493-60316-121403603784214-84405-362281194960126108302LINE STRESSSTEP=1 SUE =1 TIWE=1SMIS1SMISIMIN =-76214ELEM=91 MAX =0 ELEM=62ANMAY 26 2008 22:03:31-76214-59277-42341-25

15、405-8468-67746-50809-33873-169360DISPLACEMENTSTEP=1SUB =1 TIWE=1DMX =.004264ANMAY 26 2008 21:45:44工況二：兀g+地層反力作為被動(dòng)荷載施加LIME STRESSSTEP=1SUB =1TIME=1SMIS6SHIS12MIN =-238772EL£M=15MAX =195346ELEM=4ANMAY 26 200622:17:49LIE STRESSSTEP=1SUB =1TIME-1SHIS8MIN =-135500ELEM=21MAX =13$S95ELEM=10ANMAY 26 20

16、0622:18:00-139508-7785-156246561103584-238773-142303-4583250639147110-190538-9406724049887519536-103496-464731554977572139595LINE STRESSSTEP=1 SUE =1 TIME=1 SMIS1 SMIS7 MIN =-.193E+07 ELEM=45 MAX =-.134E+07 ELEM=15ANMAY 26 2008 22:18:11-.1938*07-.180E+07-.167E+07-.154E4-07-.K1E4O7-.187E+07-.1742+07-.161E+O7-.147E+O7-.134B+O7DISPLACEMENTSTEP=1 SUE =1 TIME=1 DMX