隧道结构受力分析.pdfVIP

实例1隧道结构受力分析

1．问题描述

选取某新建铁路线上的隧道断面，该断面采用的支护结构如图1所示。为保证结构的安

全性，采用了载荷-结构模型。

主要参数如下：

⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm；

⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料；

⑶隧道围岩是IV级，洞跨是5.36m，深埋隧道；

⑷隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。

图3-3隧道支护结构断面图

隧道围岩级别是IV级，其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见

表3-4。

表3-4C30钢筋混凝土的物理力学指标

名称容重弹性抗力系数弹性模量泊松比内摩擦角凝聚力

3

（KN/m）K（MPa/m）E（GPa）（。）C（MPa）

IV级围岩223001.50.32290.35

C30钢筋

25-300.2542.42

混凝土

表3-5载荷计算表

围岩压力

3

载荷种类结构自重水压（N/m）

33

垂直均布力（N/m）水平均布力（N/m）

值8022516045通过ANSYS添加200000

根据《铁路隧道设计规范》，可计算出深埋隧道围岩的垂直均布力和水平均布力，见表

3-5。对于竖向和水平的分布载荷，其等效节点力分别近似取节点两相邻单元水平或垂直投

影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布载荷的总和。自重载荷通过ANSYS程序直

接添加密度施加。隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向再置换为等效节点力，分解

为水平竖直方向加载。

2.求解步骤

第一步：定义工作文件名和工作标题

⑴进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，选择菜单UtilityMenu：File→Change

Jobname，出现ChangeJobname对话框。在【/FILNAM】EnternewJobname输入框中输入

工作名称Support，单击OK按钮关闭该对话框。

⑵选择菜单UtilityMenu：File→ChangeTitle命令，出现ChangeTitle对话框，

在输入栏中输入TunnelSupportStructuralAnalysis，单击OK按钮关闭该对话框。

第二步：定义单元类型

选择菜单MainMenu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete命令，出现

ElementTypes对话框，单击Add按钮，出现LibraryofElementTypes对话框。在左侧

滚动栏中选择StructuralBeam，在右侧滚动栏中选择2Delestic3，单击Apply按钮，定

义Beam3单元，如图2所示。再在左侧滚动栏中选取Combination