地铁车站主体结构设计计算书

地铁车站主体结构

设

计

计

算

书

目录

课程设计任务书 ...................................... - 1 - GUI方式............................................. - 3 -

一、打开ANSYS................................... - 3 -

二、建立模型.................................... - 3 -

1、定义单元类型............................... - 3 -

2、定义单元实常数............................. - 3 -

3、定义材料特性............................... - 3 -

4、定义截面 .................................. - 4 -

5、建立几何模型............................... - 4 -

6、划分网格 .................................. - 5 -

7、建立弹簧单元............................... - 6 -

三、加载求解.................................... - 7 -

1、施加位移约束............................... - 7 -

2、施加荷载 .................................. - 8 -

（1）计算结构所受荷载....................... - 8 -

（2）施加结构所受荷载...................... - 10 -

（3）施加重力场............................ - 13 -

3、求解 ..................................... - 14 -

四、查看计算结果............................... - 14 -

1、添加单元表................................ - 14 -

2、查看变形图................................ - 15 -

3、查看各内力图.............................. - 16 -

4、查看内力列表.............................. - 16 -

单元内力表....................................... - 18 - APDL方式........................................... - 41 -

课程设计任务书

专业铁道工程（隧道组）

题目明挖地铁车站内力结构分析

一、设计的目的

熟悉ANSYS软件，练习课堂所学知识，为今后的毕业设计打下良好的电算基础。

练习使用梁单元和弹簧单元建模进行结构内力分析

二、设计的内容及要求

某地铁岛式车站采用明挖法施工，车站埋深为4.113 m，地下水位距地面为8.023 m,站厅、站台层柱子为d=0.8 m的圆形柱，纵向柱间距为8 m，纵向共16跨，长160 m，中间岛式站台长110m。衬砌材料采用C30钢筋混凝土（E=30Gpa，μ=0.2，γ=25kN/m3），地面荷载取20kPa的均布荷载，站厅层人群荷载取4kPa的均布荷载，是被荷载取8kPa的均布荷载。地基弹性范例系数取77.4Mpa/m。车站的横断面如下图：

（单位：m）各层土的物理参数见下表：

试分析：纵向单位跨度地铁车站的内力。（采用基本荷载组合计算）

成绩

指导教师 (签章)

年月日

GUI方式：

一、打开ANSYS

打开ANSYS软件。

GUI方式：执行“Utility Menu→File→Change Title”菜单命令。在弹出窗口中输入“Mechanical anslysis on the subway station”作为ANSYS图形显示时的标题。

二、建立模型

1、定义单元类型

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete”菜单命令。在弹出对话框中添加单元类型Beam3和combination14。

2、定义单元实常数

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Real Constants →Add/Edit/Delete”菜单命令。分别对Beam3和combination14添加实常数，数据如下表：

3、定义材料特性

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Material Props

→Matarial Models”菜单命令。输入材料特性：EX=3E10，PRXY=0.2，DENS=2500。

4、定义截面

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Sections→Beam →Common Sections”菜单命令。新建5个截面，数据如下表所示：

5、建立几何模型

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create →Keypoints→In Active CS”菜单命令。键入点坐标如下表所示：

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create →Lines→Lines→Straight Line”菜单命令。连接两关键点生成线:

6、划分网格

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh Tool”菜单命令。在Element Attributes的下拉菜单里面选中Lines，单击【Set】,分别对各条线编辑属性，如下表：

单击Mesh Tool对话框Size下面Line后面的【Set】,设计每条线划分的单元数，如下表所示：

单击Mesh Tool对话框中的【Mesh】按钮，选择全部线，单击【OK】，完成网格划分。

7、建立弹簧单元

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Modeling→Copy →Nodes→Copy”菜单命令。选中L5、L6上的所以Nodes，在“Copy Nodes”对话框中，ITIME后输入2，DY后输入-1，如下图所示。

GUI方式：执行“Utility Menu→Select→Entities…”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“Y coordinates”,在Min，Max后输入“-15.763,-16.763”，点击【OK】。

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create →Elements→Elem Attributes”菜单命令。在弹出的“Element Attributes”对话框中,[TYPE]选“2 COMBIN14”，[REAL]选“6”，[SECNUM]选“No Section”，单击【OK】。

GUI方式：执行“Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create →Elements→Auto Numbered→Offset Nodes”菜单命令。在弹出对话框中，DY后输入“1”，单击【OK】。

三、加载求解

1、施加位移约束

GUI方式：执行“Utility Menu→Select→Entities…”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“Y coordinates”,在Min，Max后输入“-16.763”，点

击【OK】。

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Apply →Structural→Displcement→On Node”菜单命令。点击【Pick All】，选择全部节点，在弹出对话框中选择“ALL DOF”，单击【OK】。

GUI方式：执行“Utility Menu→Select→Entities…”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“Y coordinates”,在Min，Max后输入“-15.763”，点击【OK】。

GUI方式：执行“Utility Menu→Select→Entities…”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“X coordinates”,在Min，Max后输入“9.05”，点击【OK】。

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Apply →Structural→Displcement→On Node”菜单命令。点击【Pick All】，选择全部节点，在弹出对话框中选择“UX”，单击【OK】。

2、施加荷载

（1）计算结构所受荷载

按基本荷载组合，计算如下表所示：

（2）施加结构所受荷载

a．水平荷载

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Apply →Structural→Pressure→On Beams”菜单命令。

选择顶板的梁单元，在弹出对话框中的VALI后输入值“142661.98”，单击【Apply】。

选择中板的梁单元，在弹出对话框中的VALI后输入值“16400”，单击【Apply】。

选择顶板的梁单元，在弹出对话框中的VALI后输入值“-104490”，单击【OK】。

b．侧向荷载

GUI方式：执行“Utility Menu→List→Pict Entities+”菜单命令。在弹出的“Model Query Picker”对话框中选择：“Pick”，“Box”，“Length”，“Elements”，分别选择左边墙和右边墙的梁单元。复制弹出列表中的内容到Excel，整理并计算，可得下表：

土侧压力：

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Apply →Structural→Pressure→On Beams”菜单命令。从上向下每间隔1个单元选择一个边墙的单元，按上表所示的值，输入边墙单元所受的一对土压力值。

水侧压力：

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Settings →Replace vs Add→Surface Loads”菜单命令。在弹出的对话框中，（PRES）下的Oper中选择“Add to existing”,单击【OK】。

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Apply →Structural→Pressure→On Beams”菜单命令。从水位线处开始，从上向下每间隔1个单元选择一个边墙的单元，按上表所示的值，输入边墙单元所受的一对水的压力值。

（3）施加重力场

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Define Loads→Apply →Structural→Inertia→Gravity→Global”菜单命令。

在弹出对话框中的ACELY后输入值“10”，单击【OK】。

结基本构图

3、求解

GUI方式：执行“Main Menu→Solution→Solve→Current LS”菜单命令。

在弹出对话框中点击【OK】，开始计算。

四、查看计算结果

1、添加单元表

GUI方式：执行“Main Menu→General Postproc→Element Table →Define Table”菜单命令。

新建6个单元表，分别是：

Lab Item Lab Item

轴力 I_N By sequence num SMISC,1 J_N By sequence num SMISC,7

剪力 I_V By sequence num SMISC,2 J_V By sequence num SMISC,8

弯矩 I_M By sequence num SMISC,6 J_M By sequence num SMISC,12

2、查看变形图

GUI方式：执行“Main Menu→General Postproc→Plot Results →Deformed Shape”菜单命令。

在弹出对话框中选择“Def + undeformd”，单击【OK】。

变形图

3、查看各内力图

GUI方式：执行“Main Menu→General Postproc→Plot Results →Contour Plot→Line Elem Res”菜单命令。

在弹出对话框中分别选择不同的Lab，可以分别查看轴力图、剪力图、弯矩图。

LabI LabJ Fact

轴力图 I_N J_N 1

剪力图 I_V J_V 1

弯矩图 I_M J_M -1

4、查看内力列表

GUI方式：执行“Main Menu→General Postproc→List Results →Elem Table Data”菜单命令。

在弹出对话框中选择“I_N”、“J_N”、“I_V”、“J_V”、“I_M”、“J_M”，单击【OK】。

轴力图