盾构隧道结构ansys计算方法
ANSYS计算算例(结构-荷载法)
（3）直边墙的输入
第二段圆弧的终点即是直边墙的顶点，查出该点坐标为（-3.520017，-3.077515）， 并由此计算出直边墙底端点的坐标为（-3.520017，-7.507515）
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>Keypoints>In Active CS
计算中考虑结构自重对结构内力的影响，还应在此输入材料的密度。 Nonlinear-Density
4、模型建立 （1）第一段圆弧的输入（圆心：0，－3.41，起点： 0，0，圆心角：45º ）
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Modeling Create>Lines Arcs>By Cent & Radius
三、加载及约束
1、荷载计算及转化 (1) 荷载计算 对深埋隧道用《隧规》推荐的统计法公式计算得： 竖向围岩压力：q=54084.25Pa； 水平围岩压力：e＝0.15 q=8112.64Pa (2) 匀布荷载转化为等效节点荷载 将匀布荷载按如下步骤转化成等效节点力。 A、列出结构上所有节点坐标 GUI：Utility Menu>List>Nodes
拾取基底两节点
选取UX,UY并输入限制位移值0
3、惯性荷载加入 惯性荷载是与质量相关的荷载，该处是加入重力加速度。为了利用惯 性效果来模拟重力，应当在重力的相反方向施加惯性项，即在Y方向 施加一个加速度荷载相当于模拟-Y方向的重力： GUI：Menu Main> Solution>Apply>Gravity
ANSYS计算算例
• 拱形结构算例 – 铁路隧道 – 公路隧道 – 地铁区间隧道(矿山法施工) 矩形框架结构 – 地下街 – 地下停车场 – 地铁车站 圆形结构 – 地铁区间隧道(盾构法施工)
盾构法隧道等代层参数反演的ANSYS方法
张宏洲 ， 张金伟 ，翟建华
（． １ 中国地质大学工程技术学院， 北 ０ 河南 洛 阳 ４ １０ ） ７ ０９
摘要 ： 在盾 构法隧道 中将衬砌周 围 由于盾 尾空隙的闭合 、 注浆充填作用和盾构推进对周 围地层 的扰动 等形成 的特殊 圈层 概化 为具
中图分类 号 ： ４ １ Ｕ ５ 文献标识码 ： Ａ
ＡＮＳ ｅ ｈ ｄ ｆ ｒ Ｄｅ ｕ ｔｏ ｆＰａ ａ ｅ ｅ ｓ ＹＳ Ｍ ｔ ｏ ｏ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ｒ ｍ ｔ ｒ
ｏ ｕ ｖ ｌｎｔＣｉｃ ｌ ｒ Ｚｏ ｆＳｈ ｅｄ Ｔｕ ｎｅ ｆＥｑ ｉａ ｅ ｒ ｕ ａ ｎｅ ｏ ｉｌ ｎ ｌ
在地层位移分析中 ， 对上述过渡层 的处理都是 问 题的关键 ， 也是问题 的难点。前人对这一问题 的处理 包括 ：） 为注浆材料 完全充填盾尾 空隙 ， １认 隧道壁面 土体完全没有 向盾尾 空隙的移动。２ 完 全不考 虑注 ）
间、 为衬砌的拼装操作所 留的建筑空隙和盾构推进时 部分土体被粘附于盾构外壳上 ， 在衬砌环背面与实际
ｈ ｏ ｃ ｐ ｑ ｉａｅ ｔｃｒ ｌｒｚ ｎ ｕ ｐ ｓ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆｅ ｕｖ ｌｎ ｉ ｕ ａ ｏ ｅ ｉ ｓ ｐ ｏ ｅ ．Ｗ ｉ ｈ ｅｐ ｏ ｌ ａ ｕ ｅ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｓ ｈ ａ ａ ｔｒ ｆｔ ｅ ｏ ｃ ｓ ｔ ｔ ｅ ｈ ｌ ｆｆ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ，ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｈ ｉ ｈ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｉ ｕ ａ ｏ ｅ Ｃ ｅｏ ｔｉ ｅ ｘ ｃｌ ．Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｕ ｅ ｑ ｉ ａｅ ｔ ｒ ｌｒｚ ｎ ａ ｂ ｂ ａｎ ｄ ｅ ａ ｔ ｃ ｃ ｎ ｙ ｈｓ ａ ｅ ｓ ｓＡＮＳ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｄ ｄ ｃ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅｓ ＹＳ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｈ ｄ ｔ ｅ ｕ ｔ ａ ａ ｔｒ ｉ ｅ ｍｅ ｈ ｔ ｏ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｉ ｕ ａ ｏ ｅ ｆ ｑ ｉ ａｅ ｔ ｒ ｌ ｚ ｎ ，ｗｈ ｃ ａ ｒ ｖ ｄ ｅ ｅ ｅ ｃ ｏ ｅ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｎ ｔ ｃｉ ｎ ｏ ｈ ｅｄ ｔ ｎ ｅ ｓ ｈ ｔ ｃ ｃ ｒ ｉｈ ｃ ｎ ｐ ｏ ｉ ｅ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｆｒｔ ｅ ｉ ｎ ｎ ｎ ｏ ｓｒ ｔ ｆｓ ｉｌ ｕ ｎ ｌ． ｈ ｕ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｈ ｅｄ ｔ ｎ ｅ ：ｅ ｕｖ ｌｎ ｉ ｕ ａ ｏ ｅ ｎ ｅ ｓ ｎ ｙ ｉ ；ＡＮＳ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓ ｉｌ ｕ ｎ ｌ ｑ ｉａｅ ｔｃｒ ｌｒｚ ｎ ：ｉ ｖ ｒ ｅ ａ ａ ｓ ｃ ｌ ｓ ＹＳ
地铁盾构隧道掘进过程ANSYS数值模拟分析
地铁盾构隧道掘进过程数值模拟分析具体做法如下：⑴采用在掘削面施加顶进压力的方法来模拟开挖面土体的移动；⑵采用施加注浆压力的方法来模拟盾尾注浆过程；⑶采用更换注浆层材料参数的方法来模拟盾尾注浆对盾尾空隙的填充效果。
由于目前计算软件的限制，难以模拟盾构机推进过程中对土体的扰动，这里简化处理。
即假定盾构隧道开挖后，随机进行注浆。
计算时，只需将开挖不断地向前推进，同时在后面进行注浆、换材料参数等操作，即可实现盾构隧道的动态开挖过程，详细的计算操作见后面的求解过程。
工程问题的描述地铁盾构隧道管片衬砌内径为 5.4m，外径为D=6m，埋深为12m 自上至下，根据土层的物理性质参数不同将其分为 3 层，各层的材料参数和厚度如下：第一层：厚8m，E=3.94Mpa，v=0.35，ρ=18.28KN/m3第二层：厚18m，E=20.6Mpa，v=0.3，ρ=20.62KN/m3第三层：厚15m，E=500Mpa，v=0.33，ρ=21.6KN/m3 施工中掘削面顶进压力为0.3Mpa，盾尾注浆压力为0.15Mpa 模型的建立!进入前处理器FINISH/CLE/PREP7 !进入前处理器ET,1,SOLID45 !定义实体单元ET,2,MESH200,6 !定义非求解单元，辅助面网格的划分! 定义模型中的材料参数。
模型中共有 5 种材料，其中土体有 3 种，即地表浅层覆土、盾构隧道所在土层和基岩及管片衬砌和注浆层。
其中，管片衬砌为管片式的拼装结构，为了计算方便，将其等效为一均质体，等效时对原有刚度进行折减。
定义材料参数的命令流如下：!土体材料参数MP,EX,1,3.94E6 !第一层土层材料参数MP,PRXY,1,0.35MP,DENS,1,1828MP,EX,2,20.6E6 !第二层土层材料参数MP,PRXY,2,0.30MP,DENS,2,2160MP,EX,3,500E6 !第三层土层材料参数MP,PRXY,3,0.33MP,DENS,3,2160!管片材料参数，管片衬砌按各向同性计算MP,EX,4,27.6E9MP,PRXY,4,0.2MP,DENS,4,2500!注浆层，参数按水泥土取值MP,EX,5,1E9MP,PRXY,5,0.2MP,DENS,5,2100!建立平面内模型并划分单元!在隧道中心线定义局部坐标，便于后来的实体选取LOCAL,11,0,0,0,0 ! 设置局部直角坐标系原点坐标(0,0,0)LOCAL,12,1,0,0,0 ! 设置局部柱坐标系原点坐标(0,0,0) CSYS,11WPCSYS,-1CYL4,,,,,2.7,90CYL4,0,0,2.7,0,3,9 0CYL4,0,0,3,0,3.2,9 0RECTNG,0,4.5,0,4.5 AOVLAP,ALL NUMMRG ,ALL !创建开挖土体所在的面!创建管片!压缩编号!将当前坐标系转化为局部直角RECTNG,4.5,31.5,0,4.5NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALL!划分单元MSHAPE,0,2D !采用四边形单元划分网格MESHKEY ,1 !映射网格划分TYPE,2LESIZE,1,,,6LESIZE,2,,,6LESIZE,3,,,6AMESH,1LESIZE,4,,,6LESIZE,8,,,2LESIZE,9,,,2AMESH,2LESIZE,5,,,6LESIZE,10,,,1LESIZE,11,,,1AMESH,3LESIZE,12,,,3LESIZE,13,,,3LESIZE,6,,,3LESIZE,7,,,3LESIZE,14,,,8,2LESIZE,16,,,8,0.5AMAP,4,7,6,8,10AMAP,5,9,8,11,12!利用对称性，得到下半部分模型ARSYM,Y ,ALL !通过坐标轴对称建立面NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALLALLSEL,ALL!建立隧道下方土层模型RECTNG,0,4.5,-4.5,-26RECTNG,4.5,31.5,-4.5,-26NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALLLESIZE,28,,,3LESIZE,29,,,5,0.5LESIZE,30,,,5,2LESIZE,32,,,5,0.5LESIZE,31,,,8,2ASEL,S,AREA,,11,12,1!建立隧道土方土层模型AMESH,ALLRECTNG,0,4.5,4.5,15RECTNG,4.5,31.5,4.5,15NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALLLESIZE,34,,,3LSEL,S,LINE,,35,36,1LSEL,A,LINE,,33LESIZE,ALL,,,4LSEL,S,LINE,,37LESIZE,37,,,8,0.5AMESH,13AMESH,14NUMMRG ,ALLNUMCMP,ALL!利用对称性得到平面内的全部模型ALLSEL,ALLARSYM,X,ALLNUMMRG ,ALLNUMCMP,ALL!建立体模型。
隧道ansys计算程序算例_荷载结构模式
选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面.该断面设计单位采用的支护结构如图3-3所示。
为保证结构的安全性.采用了荷载—结构模型.利用ANSYS 对其进行计算分析。
主要参数如下：●隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm.隧道仰拱衬砌厚度为85cm。
●采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。
●隧道围岩是Ⅳ级,洞跨是5.36米.深埋隧道。
●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3-3所示。
根据《铁路隧道设计规范》.可计算出深埋隧道围岩的垂直匀布力和水平匀布力。
对于竖向和水平的分布荷载.其等效节点力分别近似的取节点两相临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荷载的总和。
自重荷载通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向载置换为等效节点力,分解为水平竖直方向加载。
3.3.3 GUI操作方法3.3.3.1 创建物理环境1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher】.得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框。
2）选中【File Management】.在“Working Directory”栏输入工作目录“D:\ansys\example301”.在“Job Name”栏输入文件名“Support”。
3）单击“RUN”按钮.进入ANSYS10.0的GUI操作界面。
4）过滤图形界面：Main Menu> Preferences.弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框.选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
5）定义工作标题：Utility Menu> File> Change Title.在弹出的对话框中输入“Tunnel Support Structural Analysis”.单击“OK”.如图3-4所示。
盾构隧道衬砌圆环内力计算实例(含命令流)
截 面 惯 性 矩 ： IZZ=1*0.5*0.5*0.5/12 截 面 高 度 ： HEIGHT=0.5， 单 击 OK， 则 1 号 实 常 数 定 义 完 成 。 11 定 义 衬 砌 材 料 属 性 ○ 执 行 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 命 令 ， 弹 出 定 义 材 料 模 型 行 为 对 话 框 。选 择 Structural>Linear>Elastic>Isotropic, 在 弹 出 的 对 话 框 中 输 入 弹 性 模 量 EX=36e9,泊 松 比 PRXY=0.33，单 击 OK。再 选 择 Structural>Density,在 弹 出 的 对 话 框 中 输 入 密 度 DENS=2600。 12 ○ 单元网格划分
4 ○ 5 ○
进 入 前 处 理 器 。 单 击 Main Menu>Preprocessor。 画 点 。 执 行 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Kdypoint>In
Active CS 命 令 ， 设 置 关 键 点 1 作 为 圆 心 ， 输 入 坐 标 （ 0， 0） 。
图 5.2.6 节 点 编 号 图
14 ○
加载
本例中，衬砌所承受的荷载分为主动压力与被动抗力。盾构法施工中，开 挖 与 架 设 衬 砌 几 乎 同 时 进 行 ，所 以 荷 载 来 不 及 释 放 ，全 部 作 用 在 衬 砌 结 构 上 形 成 主 动 压 力 ，这 在 荷 载 计 算 小 节 里 面 已 经 算 出 。在 主 动 荷 载 作 用 下 ，衬 砌 结 构 的一部分将发生向着围岩方向的变形， 具有一定刚度的围岩就会对衬砌结构 产 生 反 作 用 力 来 抵 制 它 的 变 形 ，即 为 被 动 抗 力 。这 种 被 动 抗 力 的 施 加 通 过 弹 簧 支撑来体现的。 a． 计 算 主 动 压 力 产 生 的 等 效 节 点 荷 载 。
盾构隧道荷载计算方法
盾构隧道荷载计算方法我折腾了好久盾构隧道荷载计算方法，总算找到点门道。
咱先说说土压力这一块的荷载计算吧。
一开始我真是瞎摸索，就知道土压力肯定和土的重量啊，隧道的深度之类的有关系。
我做过这么个尝试，就按照土力学里最基础的公式来算静止土压力，也就是认为土层是静止不动的这么个状态去计算压力。
我就把土的重度，隧道埋深那些数值往里套，感觉挺简单的是不？但实际上，这可差点让我吃了大亏。
后来我才发现这种计算方法太理想化了，像在软土地层里就非常不准确。
再来说说盾构推进过程中的附加荷载。
这个就很复杂啦。
你可以想象盾构机就像个在土里慢慢往前挤的大虫子。
我试过很多方法去估算这个附加荷载。
我有一次按照平均扩散角的方法去计算附加荷载，就是假设盾构机给土层的力量是沿着一个角度扩散开的，就像是把一个东西放在沙堆上，周围的沙子呈现一定角度散开那样。
可是我在考虑土层性质的时候就搞混了，不同的土层刚度不一样，这个扩散角肯定也不一样啊，我当时就简单地用了同一个数值，结果算得那叫一个离谱。
后来我就慢慢总结出来，在计算盾构隧道荷载的时候，一定要搞清楚地层的情况。
比如地层是软土还是岩石土，这个区别可大了。
如果是软土，很可能需要考虑土体受到盾构机挤压后的变形，这个变形又会反过来影响荷载。
如果是岩石土，那可能更多要考虑岩石的节理裂隙那些状况。
关于计算水压力的荷载，这也是我走过弯路的地方。
有水的情况下可不能简单的就用静水压力的公式。
像在有渗透的情况下，水压力就不是单纯的只和水深有关系了。
我之前没考虑到这个，结果就完全不对。
就是说在实际工程中，地下水的流动啊，排水效果啊这些都会影响水压力荷载。
还有就是建筑物附加荷载。
要是盾构隧道周边有建筑物，那就得考虑建筑物的自重给地层增加的压力，以及这个压力会怎么传播到盾构隧道上。
我只记得大概的方法，就是要根据建筑物基础的类型，比如是桩基础还是筏板基础，再根据它们和隧道的相对位置啊之类的去计算。
但是这里面具体的系数和计算方法在不同规范或者实际工程里还可能有变化，这个我还不是特别确定，不过我觉得多看实际工程案例的计算书肯定能搞明白。
隧道及地下工程ANSYS实例分析_第5章_双线铁路隧道衬砌结构设计力学分析[1]
![隧道及地下工程ANSYS实例分析_第5章_双线铁路隧道衬砌结构设计力学分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/85e80cf87c1cfad6195fa70a.png)
5.1二次衬砌结构力学分析/TITLE，Mechanical analysis on railway tunnel 2nd lining ! 确定分析标题/NOPR !菜单过滤设置/PMETH，OFF，0KEYW，PR_SET，1KEYW，PR_STRUC，1 !保留结构分析部分菜单/COM，/COM，Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM，Structural!/PREP7 !进入前处理器ET，1，BEAM3 !设置梁单元类型ET，2，COMBIN14 !设置弹簧单元类型R，1，0.4，0.0053333，0.4，，，，!设置梁单元几何常数R，2，400e6，，，!设置弹簧单元几何常数MPTEMP，，，，，，，，!设置材料模型MPTEMP，1，0MPDATA，EX，1，，30.0e9 !输入弹性模量MPDATA，PRXY，1，，0.2 !输入泊松比MPTEMP，，，，，，，，!设置材料模型MPTEMP，1，0MPDATA，DENS，1，，2500 !输入密度SAVE !保存数据库1．建立几何模型K, 1, , , , !创建关键点（隧道二次衬砌）K, 2, 4.71, -1.82, ,K, 3, -4.71, -1.82, ,K, 4, 0, -3.75, ,K, 5, 0, 5.05, ,K, 20, 5.6, -2.162, , !创建关键点（地层弹簧）K, 30, -5.6, -2.16, ,K, 40, 0, -4.75, ,K, 50, 0, 6, ,!创建隧道衬砌线LARC, 2, 5, 1, 5.05, !创建圆弧线（拱顶部）LARC, 5, 3, 1, 5.05,LARC, 2, 3, 4 !创建圆弧线（仰拱部）第1章大型有限元软件ANSYS简介2 ! 创建地层弹簧线LARC, 20, 50, 1, 6, !创建圆弧线（拱顶部）LARC,50, 30, 1, 6,LARC, 20, 30, 40 !创建圆弧线（仰拱部）SAVE !保存数据2．单元网格划分设置单元大小并将所有直线划分单元，其单元图如图5-8所示。
同济大学Ansys隧道荷载结构法算例
隧道荷载结构法算例 1． 问题描述：
主要截面尺寸如图 1 所示， R 1 5.2m ， R2 8.8m 。内轮廓采用曲墙拱三心圆拱。弹性抗力 系数取为 k 1.5 10 kN / m 。衬砌厚度为 0.6m，截面的物理参数如表所示。
建立局部柱坐标系，施加径向弹簧（用 PSPRNG 命令） 。根据计算结果中弹簧是否收拉，对结 果进行迭代计算。第 1 次计算结果如下图所示。
图5
结构变形图
删除受拉弹簧后的计算结果如下图。
图6 命令流： /prep7 et,1,beam3 mp,ex,1,2.85e10 mp,prxy,1,0.25 r,1,0.6,0.018,0.6 k,1,0,5.2 k,2,-5.2,0 k,3,-5.0797,-1.45 k,4,0,0 k,5,3.6,0 larc,1,2,4,5.2 larc,2,3,5,8.8 lesize,1,,,8 lesize,2,,,2 lmesh,all /pnum,node,1 nplot nlist !compute nodal force in excel f,1,fx,1.249456357 f,3,fx,4.949809522 f,4,fx,9.709400641
finish /solu solve finish /post1 pldisp,1 !check springs with traction (+ means traction) etable,sforce,smisc,1 pretab,sforce !delete springs with tractions and recalculate here ! etable,m1,smisc,6 etable,m2,smisc,12 plls,m1,m2,-1
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一、盾构隧道结构计算模型
1、惯用法(自由圆环变形法)
惯用法的想法早在1960年就提出了，在日本国内得到了广泛的应用。
惯用法假设管片环是弯曲刚度均匀的环，不考虑管片接头部分的柔性特征和弯曲刚度下降，管片截面具有同样刚度，并且弯曲刚度均匀的方法。
这种方法计算出的管片环变形量偏小，导致在软弱地基中计算出的管片截面内力过小，而在良好地基条件下计算出的内力又过大。
地层反力假设仅在水平方向上下45°范围内按三角形规律分布，这种模型可以计算出解析解。
P 0
k δ
2、修正惯用法
在采用惯用法的60年代，怎样评价错缝拼装效应是一个问题。
如果错缝拼装管片，可弥补管片接头存在造成的刚度下降。
于是，在对带有螺栓接头的管片环进行多次核对研究时，首次引入了η-ξ对错缝拼装的衬砌进行内力计算，即为修正惯用法。
该法将衬砌视为具有刚度ηEI的均质圆环，将计算出的弯矩增大即（1+ξ）M，得到管片处的弯矩；将求出的弯矩减少即（1-ξ）M，得到接头处的弯矩。
其中η称为弯曲刚度有效率，ξ称为弯矩增加率，它为传递给邻环的弯矩与计算弯矩之比。
管片接头由于存在一些铰的作用，所以可以认为弯矩并不是全部经由管片接头传递，其一部分是利用环接头的剪切阻力传递给错缝拼装起来的邻接管片。
隧
道
纵
向
接头传递弯矩示意图
二、管片计算荷载的确定
1、荷载的分类
衬砌设计所考虑的各种荷载，应根据不同的地质条件和设计方法进行假定并根据隧道的用途加以考虑。
衬砌设计所考虑的各种荷载见表所示。
衬砌设计荷载分类表
2、计算断面选择
●埋深最大断面
●埋深最小断面
●埋深一般断面
●水位
3、水土压力计算
对于粘性土层，如西安地铁黄土地层、成都地铁二号线膨胀土地
层等，地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用饱和容重计算。
对于透水性较好的砂性地层，如西安地铁粗砂、中砂地层，成都
地铁卵石土地层等，此时地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用浮容重计算。
水土压力合算与分算，主要影响管片结构侧向荷载。
一般水土分算时侧向压力更大。
4、松弛土压力
将垂直土压力作为作用于衬砌顶部的均布荷载来考虑。
其大小宜根据隧道的覆土厚度、隧道的断面形式、外径和围岩条件等来决定。
考虑长期作用于隧道上的土压力时，如果覆土厚度小于隧道外径，一般不考虑地基的拱效应而采用总覆土压力。
但当覆土厚度大于隧道外径时，地基中产生拱效应的可能性比较大，可以考虑在计算时采用松弛土压力，一般采用泰沙基公式计算。
P 0
101
0/.tan 0/.tan 0110)1(tan )/1(B H K B H K e
P e K B c B h ϕϕγ
ϕγ--+--=
1
010/.tan 0/.tan 011)1(tan )/(B H K B H K v e
P e K B c B ϕϕϕ
γσ--+--=
)2
2
/4/cot(
01ϕπ+=R B
式中：—土的松动高度—0h
力—太沙基竖向松弛土压—v σ
ϕ
—内摩擦角
—
—
P
—上覆荷载
γ
—
—土的容重
c
—土的粘聚力
—
三、管片内力有限元计算单元选择
1、beam3单元
输入参数：
（1）实常数（Real Constants）
AREA –横截面积
IZZ –横截面惯性矩
HEIGHT –梁高
（2）材料参数（Material Properties）
EX——弹模
DENS——密度
PRXY——泊松比
其它选项采用默认即可
2、Link10单元
（1）Real Constants
AREA –横截面积，取单位面积1。
（2）Material Properties
EX ——弹模，需满足E*A=地层抗力刚度 其它选项采用默认即可 3、link1单元
（1）Real Constants
AREA – 横截面积，取单位面积1。
（2）Material Properties
EX ——弹模，为了不影响计算结果取足够小，如1。
四、结点力计算
1、均布荷载时
中间结点：
2/)(11-+-=n n x x p Fn
两端结点：
2/)(121x x p F -= 2/)(1--=N N N x x p F
2、梯形荷载时
中间结点：
[]))(2())(2(6
1
1111n n n n n n n n y y p p y y p p Fn -++-+=++--
两端结点：
[]))(2(61
12211y y p p F -+=
[]))(2(6
1
11---+=N N N N N y y p p F
五、圆形结构内力计算
1、计算参数
R=4.5m；B=1.5m；H=0.5m(厚)；
Pw1=0.1MPa;Pe1=0.14MPa;
Pw2=0.19MPa;Pe2=0.05MPa;
Q1=0.14MPa
Q2=0.23MPa
2、在自重情况下的结构内力分布
计算命令流为：
/prep7
et,1,beam3
et,2,link10
keyopt,2,3,1 !*****只受压******
R,1,0.75,0.015625,0.5, , , ,
R,2,1, ,
!定义混凝土衬砌材料
mp,ex,1,2.76e10
mp,prxy,1,0.2
mp,dens,1,2600
mp,ex,2,5e7
mp,prxy,2,0.01
!建立几何模型
k,1,0,0,0
circle,1,4.5
!设置划分单元大小为0.5m/个
Lsel,all
LESIZE,all,0.5, , , , , , ,1
Type,1
Mat,1
Real,1
Lmesh,all
!复制建立地层弹簧
CSYS,1
wpcsys,-1
nsel,s,loc,x,4.4,4.6
NGEN,2,500,all, , ,1 , , ,1,
allsel,all
*do,i,1,60
type,2
real,2
mat,2
e,i,i+500
*enddo
nsel,s,loc,x,5.4,5.6
d,all,all
nsel,s,,,32
D,all, , , , , ,UX, , , , ,
allsel,all
csys,0
wpcsys,-1
/sol
ACEL,0,10,0,!********施加重力命令********* solve
/post1
ETABLE, ,SMISC, 1
ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC, 8
ETABLE, ,SMISC, 6
ETABLE, ,SMISC, 12
工况一：πg＋地层反力作为主动荷载施加
工况二：πg＋地层反力作为被动荷载施加
结果比较：
工况一：
作为主动荷载施加工况二：
作为被动荷载施加
相差
弯矩/kN*m 正弯矩(内弯) 197.8 238.8 17.2% 负弯矩139.2 195.3 28.7%
轴力/kN 1950 1930 1% 最大变形量/mm 4.26 5.66 24.7% 适用地层软土岩层。