铁路隧道衬砌结构强度检算-指导书.pdf

铁路隧道衬砌结构强度检算

课程设计指导书

一、衬砌结构的计算模型

隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相

关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作

用正是地下结构与地面结构的主要区别。根据本工程浅埋及松散地层的特点，使

用阶段结构安全性检算采用“荷载—结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支

护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。支护结构与围

岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。

计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均

采用弹簧单元模拟。组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相

应的单元结点上。具体计算模型见图1。

图1计算模型

二、荷载计算

围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的方法进行确定（双线隧

道）或参照《铁路隧道设计规范》，深浅埋分别计算。

三、配筋计算

结构强度检算和配筋计算应按照现行《铁路隧道设计规范》的方法进行。

四、ANSYS操作过程

1、更改路径和工作名

2、进入前处理模块（preprocessor）

(1)定义单元类型elementtype

(2)定义实常数realconstant

(3)定义材料参数materialprops

(4)定义梁的截面特性sections

(5)进入modeling进行建模，生成几何模型

(6)进行网格划分meshing

a)给几何模型赋属性

meshingmeshattributepickedlines

(7)施加弹性约束

ModelCreatpipingmodelsspringsupport

定义弹性抗力系数K和距离所选结构节点的相对距离DX,DY,DZ。

3、进入求解器solution

(1)定义分析类型analysistypenewanalysisstatic

(2)定义荷载defineloads

(3)设置荷载添加形式settingreplacevsaddforce，按如下图示设置

(4)施加等效节点力

defineloadsapplyforce(编程实现)

(5)施加重力

defineloadsapplyinertiagravityglobal

(6)求解计算

SolvecurrentLS

4、后处理（generalpostproc）

(1)读入结果

Readresultslastset

(2)查看变形图，（plotresultsdeformedshape）检查弹簧约束范围是否正确（所有

弹簧均应受压，即处于抗力区）否则添加或删除弹簧单元，重新计算。

(3)定义单元表

Elementtabledefinetable，出现对话框后点击add按钮，出现下列对话框：

选择bysequencenum并在右下角SMISC,后分别键入数字“6”后点击apply按

钮。重复上述操作并分别键入数字“12”和“1”和，点击OK，完成弯矩和轴

力的定义。

(4)查看内力图

plotresultscontourplotlineelemres，查看弯矩云图

查看轴力图

(5)存储显示图形

Plotctrlscaptureimage,将文件另存即可。

(6)列表显示计算结果

Listresultselemtabledata

出现对话框，选择单元表定义的内容，点击ok。

然后将文件另存即可。

附注：竖向加载程序示意

*do,i,1,9

b=466200*abs(nx(i)-nx(i+1))/2

f,i,fy,b

f,i+1,fy,b

*enddo

b=-466200*abs(nx(1)-nx(46))/2

f,1,fy,b

f,46,fy,b

水平荷载（注意符号）

*do,i,1,19

b=-200000*abs(ny(i)-ny(i+1))/2

f,i,fx,b

f,i+1,fx,b

*enddo

b=200000*abs(ny(1)-ny(46))/2

f,1,fx,b

f,46,fx,b

上述程序中，i为节点号，q为围岩压力，a为等效节点力计算中间值，nx(i)

为i节点的水平坐标值，竖直坐