地鐵車站ANSYS數(shù)值分析課程設(shè)計(jì)

1、地鐵車站數(shù)值分析課程設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)說(shuō)明本地鐵車站為地下二層側(cè)式車站，考慮車輛限界及建筑設(shè)計(jì)要求，車站主體斷面采用單柱雙跨箱形框架結(jié)構(gòu)。頂?shù)装寰捎煤癜褰Y(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)結(jié)合建筑布局條件設(shè)置。本車站結(jié)構(gòu)計(jì)算選取標(biāo)準(zhǔn)組合，用來(lái)計(jì)算承載能力極限狀態(tài)和驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)分析主要為車站橫斷面受力計(jì)算。其中橫斷面計(jì)算由于結(jié)構(gòu)和圍巖地質(zhì)的復(fù)雜性，借鑒三維分析的應(yīng)力分布規(guī)律，認(rèn)為選取中間標(biāo)準(zhǔn)斷面和兩端典型斷面兩個(gè)斷面作為控制斷面進(jìn)行計(jì)算是合理的，圍巖均以最不利處計(jì)算。縱梁的計(jì)算按多跨連續(xù)梁計(jì)算。本次計(jì)算采用“荷載-結(jié)構(gòu)”模式，借助于美國(guó)ANSYS 公司編制的大型有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算程序ANSYS10.0 進(jìn)行計(jì)算分析

2、。荷載嚴(yán)格按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001及人防通用圖計(jì)算；結(jié)構(gòu)形式和尺寸以相關(guān)施工圖為準(zhǔn)。具體計(jì)算結(jié)果, 以圖示的形式形象地表示所需要的相關(guān)信息。2 標(biāo)準(zhǔn)截面內(nèi)力計(jì)算2.1 標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸擬定主要結(jié)構(gòu)尺寸的擬定是在滿足建筑限界和建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，考慮施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)變形、沉陷等因素，根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)資料、車站埋深、結(jié)構(gòu)類型和施工方法等條件經(jīng)過(guò)計(jì)算確定?；緮M定原則為：1 結(jié)構(gòu)主要尺寸的擬定應(yīng)根據(jù)承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，對(duì)構(gòu)件分別進(jìn)行承載力的計(jì)算和穩(wěn)定、變形及裂縫寬度驗(yàn)算；2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)按承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，并取

3、各自最不利組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)；3主體結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，構(gòu)件的重要性系數(shù)取為1.1 ；4結(jié)構(gòu)尺寸的擬定應(yīng)考慮基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用。U I LJ23200圖1標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸圖2.2 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1 .主體結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)；2 .結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類為乙級(jí)，地震按 7度抗震設(shè)防，地下結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為 三級(jí)；3 .地鐵的地下工程及出入口、風(fēng)道與風(fēng)亭均按一級(jí)耐火等級(jí)設(shè)計(jì)；4 .人防等級(jí)按5級(jí)設(shè)防；5 .內(nèi)襯混凝土裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)：迎土面地表附近干濕交替環(huán)境0 0.2 mm,其 余部位0 0.3 mm ;6 .環(huán)境類別：二類A。2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算方法1 .標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)為單柱雙跨箱形框架結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁與內(nèi)

4、襯墻問(wèn) 設(shè)有防水隔離層，為重合墻模式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，圍護(hù)樁與內(nèi)襯墻間由兩端錢接鏈桿模 擬，只傳遞壓力，產(chǎn)生拉力時(shí)鏈桿不起作用。地層對(duì)樁、墻、底板的抗力也均由 鏈桿 Link10 (Compression only)模擬。2 .結(jié)構(gòu)計(jì)算采用“荷載-結(jié)構(gòu)”模式，借助于美國(guó)ANSYS公司編制的大型 有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算程序ANSYS10.0進(jìn)行計(jì)算分析。在使用階段考慮水壓力由內(nèi)襯 墻承擔(dān)，土壓力由樁、內(nèi)襯墻共同承擔(dān)，從而形成重合墻模式。通過(guò)模擬在主體與圍護(hù)之間的剛性鏈桿（只能承受壓力的二力桿）傳力給主體結(jié)構(gòu)3 .本設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)規(guī)范選取荷載“基本組合”進(jìn)行受力分析?；窘M合：覆土荷載+地面超載+側(cè)向水土壓力+結(jié)構(gòu)

5、自重+樓層設(shè)備荷載十 樓層人群荷載+底板水壓力4 .對(duì)于砂土和粉土等無(wú)粘性土按水土分算原則進(jìn)行，即作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)上 的側(cè)壓力等于土壓力與靜水壓力之和，地下水位以下的土采用浮重度和有效應(yīng) 力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值c和計(jì)算。水土合算時(shí)，地下水位以下的土壓力采用飽和重 度sat和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值c和 計(jì)算。一般在粘性土孔隙比e較大或水平向 滲透系數(shù)較大時(shí)采用水土分算。2.4 設(shè)計(jì)截面材料1 .主要受力結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土，必要時(shí)可采用鋼管混凝土或勁性鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)。2 .鋼筋混凝土及素混凝土除能夠滿足強(qiáng)度需要外，還須考慮抗凍、抗?jié)B和 抗侵蝕等的要求。3 .主要受力鋼筋一般采用 HRB335級(jí)鋼，其它

6、鋼筋可采用 HPB235級(jí)鋼。4 .鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般采用Q235B鋼。表1車站結(jié)構(gòu)混凝土材料表部位標(biāo)號(hào)圍護(hù)結(jié)構(gòu)C30S8頂板梁、底板梁、內(nèi)襯墻C30S8中板梁C30鋼筋混凝土中柱C302.5 結(jié)構(gòu)截面特性計(jì)算寬度沿縱向取跨長(zhǎng)8m ,即B=8m1 .頂板（用 Beam3 模擬）：C30 混凝土B=8mD 0.5m2 .中板（用Beam3模擬）：3 .底板（用Beam3模擬）：4 .側(cè)墻（用Beam3模擬）：5 .中柱（用Link10模擬）：C30 混凝土B=8mD0.35mC30 混凝土B=8mD0.8mC30 混凝土B=8mD0.8mC40 混凝土500mm X 1000mm結(jié)構(gòu)和圍巖的相互作用

7、用Link10來(lái)實(shí)現(xiàn)，考慮到土體受力特性（不能受拉）， 將 Link10 的 Option 選項(xiàng)設(shè)置為 Compression only。2.6 作用荷載計(jì)算1 .路面活載：作用在結(jié)構(gòu)上的垂直荷載中，首先考慮的是地表面的荷載，一般淺埋地下鐵道設(shè)于公路下方， 所以應(yīng)考慮路面活荷載。關(guān)于路面活荷載的采 用標(biāo)準(zhǔn)，參照公路鋼筋混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)路面活荷載的規(guī)定，采用汽 - 20級(jí)，按折算等效均布荷載取為20kPa2 .自重荷載：自重荷載在后面 ANSYS計(jì)算中將直接被定義出來(lái)，在建模 計(jì)算中直接參與運(yùn)算。3 .人群及設(shè)備荷載：車站的人群荷載按照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范，取為4kPa； 內(nèi)部設(shè)備根據(jù)型號(hào)，按照

8、地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范取為 8kPa ;4 .側(cè)向荷載：一般土壓力的計(jì)算有兩種計(jì)算方法：水土分算與水土合算。采用水土分算時(shí)，實(shí)際上是考慮靜水壓力的水土分算法， 它考慮了土粒本身的重 力，還考慮了孔隙水對(duì)土粒的浮力，是將地下水位以下土的容重減去水的容重求 土壓，水壓則取全水頭。水土合算時(shí)，即用飽和重度計(jì)算土壓力，不再另外考慮水壓力的作用?，F(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范都規(guī)定在地下水位以下對(duì)于粘性土采用水土合 算，對(duì)于地下水位以下的砂土、碎石土采用水土分算。要注意的是水土合算存在 較嚴(yán)重的理論缺陷，用的時(shí)候要加以注意，而水土分算的根據(jù)比較充分但實(shí)際操 作困難較大。一般說(shuō)來(lái)，采用水土分算偏安全和保守。本車站場(chǎng)地以砂性土層為主

9、，且出于安全考慮，應(yīng)采用水土分算。為簡(jiǎn)化計(jì) 算，采用加權(quán)平均。 hi(4-1)i i hi(4-2)式中i車站側(cè)向荷載土各層的容重，(kN/m3);i 車站側(cè)向荷載土各層的摩擦角，(0)；hi車站側(cè)向荷載土各層的厚度，(m )。ihi _3i n加一了 20.14kN/m3加22.86hihi側(cè)壓力系數(shù)：tan2 45- -tan2 45- 22'60.4422側(cè)墻上頂板處因?yàn)闆](méi)有填土，故土壓力為 e=0kPa側(cè)墻上低板處的土壓力：e2 (q 頂板 力口 10.36)(0+20.14 10.36)0.44=91.8kPa地下水位在低側(cè)墻處的壓力q1 10 9.86 98.6kPa地下水

10、在底板的浮力q2 10 9.86 98.6kPa2.7 截面荷載分布1 .頂板荷載：(1)路面活荷載折算等效均布荷載：20kPa(2)車站控制中心地面二層用房折合均布荷載：8.41kPa(3)人防等效荷載：67kPa2 .中板荷載：(1)人群荷載：4kPa(2)設(shè)備荷載：8kPa3 .底板荷載：(1)豎直向上水壓力荷載：98.6kPa(2)人防等效靜荷載：62kPa4 .側(cè)墻荷載；(1)頂板處側(cè)向土壓力：0kPa(2)頂板處側(cè)向水壓力：0kPa(3)底板處側(cè)向土壓力：91.81kPa(4)底板處側(cè)向水壓力：98.6kPa(5)整個(gè)側(cè)墻高度范圍內(nèi)荷載呈三角形分布，人防荷載按45kPa均布作用5 .圍護(hù)結(jié)