隧道及地下工程ANSYS分析 第6章 高速公路分离式偏压隧道.docx
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隧道及地下工程ANSYS分析第6章高速公路分离式偏压隧道
第六章
1．材料、实常数和单元类型定义
/TITLE，Mechanicalanalysisonrailwaytunnel1ndlining!
确定分析标题
/NOPR!
菜单过滤设置
/PMETH，OFF，0
KEYW，PR_SET，1
KEYW，PR_STRUC，1!
保留结构分析部分菜单
/COM，
/COM，PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM，Structural
/PREP7!
进入前处理器
ET,1,PLANE42!
设置实体单元类型
KEYOPT,1,1,0
KEYOPT,1,2,0
KEYOPT,1,3,2!
设置为平面应变模式
KEYOPT,1,5,0
KEYOPT,1,6,0
ET,2,PLANE42!
设置实体单元类型
KEYOPT,1,1,0
KEYOPT,1,2,0
KEYOPT,1,3,2!
设置为平面应变模式
KEYOPT,1,5,0
KEYOPT,1,6,0
ET，3，BEAM3!
设置梁单元类型
R,1,0.25,1.5e-3,0.25,,,,!
设置梁单元几何常数
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,0.8e9!
输入弹性模量（围岩）
MPDATA,PRXY,1,,0.38!
输入泊松比（围岩）
MPDATA,DENS,1,,2000!
输入密度（围岩）
TB,DP,1,,,!
采用DP准则进行弹塑性分析
TBMODIF,1,1,0.2e6!
输入凝聚力（围岩）
TBMODIF,1,2,30!
输入摩擦角（围岩）
TBMODIF,1,3,
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,2,,3.2e9!
输入弹性模量（加固圈）
MPDATA,PRXY,2,,0.32!
输入泊松比（加固圈）
MPDATA,DENS,2,,2200!
输入密度（加固圈）
TB,DP,2,,,!
采用DP准则
TBMODIF,1,1,0.5e6!
输入凝聚力（加固圈）
TBMODIF,1,2,35!
输入摩擦角（加固圈）
TBMODIF,1,3,
MPDATA,EX,3,,27.5e9!
输入弹性模量（喷射混凝土）
MPDATA,PRXY,3,,0.2!
输入泊松比（喷射混凝土）
MPDATA,DENS,3,,2500!
输入密度（喷射混凝土）
SAVE!
保存数据库
2．建立几何模型
创建关键点。
K,1,0,0,,!
创建计算区域轮廓线关键点
K,2,65,-22.3,,
K,3,-65,-22.3,,
K,4,65,37.1,,
K,5,19.6,37.1,,
K,6,-65,-11.8,,
K,7,-44.6,-22.3,,
K,8,-44.6,0,,
K,9,65,0,,
K,10,15,-22.3,,
K,11,-15,-22.3,,
K,12,-15,17.1,,
K,13,15,34.4,,
K,14,-15,1.169,,!
创建隧道轮廓线关键点，上半圆圆心
K,15,-18.408,0.22,,!
左下拱脚圆心
K,16,-15.022,7.887,,!
仰拱圆心
K,17,0,25.742,,
K,18,0,-22.3,,
K,27,-11.636,0.22,,!
右下拱脚圆心
SAVE!
保存数据
创建线。
Circle,14,5.4!
画上半圆
Circle,15,1.9!
画左下拱脚圆
Circle,27,1.9!
画右下拱脚圆
LDELE,5,6,1!
删除左右下拱脚圆的部分线
LDELE,8,11,1
LOVLAP,7,3!
作叠加布尔运算
LOVLAP,12,4
LDELE,6,10,2
LDELE,7
LDELE,13,16,3
NUMMRG,ALL,,,,LOW!
合并所有元素
NUMCMP,ALL!
压缩所有编号
FLST,2,3,4,ORDE,3!
作加运算
FITEM,2,4
FITEM,2,5
FITEM,2,6
LCOMB,P51X,,0
FLST,2,3,4,ORDE,3!
作加运算
FITEM,2,3
FITEM,2,7
FITEM,2,9
LCOMB,P51X,,0
NUMMRG,ALL,,,,LOW!
合并所有元素
NUMCMP,ALL!
压缩所有编号
circle,16,10.178!
画仰拱圆
LOVLAP,3,7!
作叠加布尔运算
LOVLAP,4,8
LDELE,19!
删除部分线
LDELE,5,7,1
LDELE,10,11,1
LDELE,14,16,2
FLST,2,4,4,ORDE,4!
做线加布尔运算
FITEM,2,9
FITEM,2,12
FITEM,2,-13
FITEM,2,15
LCOMB,P51X,,0
FLST,2,4,4,ORDE,4!
做线加布尔运算
FITEM,2,3
FITEM,2,17
FITEM,2,-18
FITEM,2,20
LCOMB,P51X,,0
Circle,14,8.9!
画上半圆（加固圈
Circle,15,5.4!
画左下拱脚圆（加固圈
Circle,27,5.4!
画右下拱脚圆（加固圈
ldele,8,12,2
ldele,13,15,1
LOVLAP,6,11!
作叠加布尔运算
LOVLAP,7,16
ldele,10,14,2!
删除部分线
ldele,17,19,2
ldele,11
circle,16,13.678!
画仰拱圆（加固圈
LOVLAP,11,13!
作叠加布尔运算
LOVLAP,12,18
ldele,10,11,1!
删除部分线
ldele,23,26,3
ldele,7,17,10
ldele,14,22,8
FLST,2,5,4,ORDE,5!
做线加布尔运算
FITEM,2,8
FITEM,2,15
FITEM,2,-16
FITEM,2,19
FITEM,2,21
LCOMB,P51X,,0
FLST,2,5,4,ORDE,5!
做线加布尔运算
FITEM,2,6
FITEM,2,13
FITEM,2,20
FITEM,2,24
FITEM,2,-25
LCOMB,P51X,,0
FLST,3,8,4,ORDE,4!
对称操作，由左隧道镜像成右隧道。
FITEM,3,1
FITEM,3,-6
FITEM,3,8
FITEM,3,-9
LSYMM,X,P51X,,,,0,0
NUMMRG,ALL,,,,LOW!
合并所有元素
NUMCMP,ALL!
压缩所有编号
SAVE!
所画出的隧道轮廓图见图6-7所示。
k,56,0,1.169,0,!
创建关键点，为画其它直线作准备
k,57,30.044,1.169,0,
k,58,30.044,-22.3,0,
k,59,30.044,37.1,0,
k,60,15,1.169,0,
LSTR,3,7!
画计算区域线和分块线
LSTR,7,8
LSTR,8,6
LSTR,6,3
LSTR,7,11
LSTR,11,18
LSTR,18,10
LSTR,10,58
LSTR,58,2
LSTR,2,9
LSTR,9,4
LSTR,4,59
LSTR,59,5
LSTR,5,13
LSTR,13,17
LSTR,17,12
LSTR,12,8
LSTR,21,14
LSTR,14,19
LSTR,14,20
LSTR,14,31
LSTR,44,60
LSTR,60,46
LSTR,60,45
LSTR,60,47
LSTR,45,53
LSTR,46,54
LSTR,47,55
LSTR,44,52
LSTR,52,56
LSTR,54,57
LSTR,57,59
LSTR,57,58
LSTR,55,10
LSTR,56,17
LSTR,56,18
LSTR,53,13
LSTR,19,32
LSTR,32,56
LSTR,51,11
LSTR,33,12
LSTR,20,33
LSTR,21,34
LSTR,34,8
LSTR,31,51
LSTR,57,9
/PNUM,KP,0!
不显示关键点编号
/PNUM,LINE,1!
显示线编号
/PNUM,AREA,0!
不显示面编号
/PNUM,VOLU,0!
不显示体编号
/PNUM,NODE,0!
不显示节点编号
!
*
/PNUM,ELEM,0!
不显示单元编号
/REPLOT!
重新绘制
!
*
LPLOT!
绘制线图，带编号，如图6-8所示。
SAVE!
保存数据库
创建面。
本次的计算区域为横向130m，竖向为60m，即左右两侧计算边界为4倍左右双线隧道总跨度，下部边界为2倍隧道总高度。
Al,35,1,36,!
采用线创建面，依次创建27个面
Al,36,2,34,
Al,34,9,37,
Al,37,3,35,!
左隧道内核心土4个面绘制完成
Al,54,4,58,1,
Al,58,5,59,2,
Al,59,8,61,9,
Al,61,6,54,3,!
左隧道加固圈土4个面绘制完成
Al,39,10,40,
Al,40,7,38,
Al,38,11,41,
Al,41,16,39,!
右隧道内核心土4个面绘制完成
Al,43,13,42,10,
Al,42,12,45,7,
Al,45,14,44,11,
Al,44,15,43,16,!
右隧道加固圈土4个面绘制完成
Al,55,51,32,57,4,
Al,57,33,60,5,
Al,60,18,21,56,8,
Al,56,22,52,55,6,!
左隧道外围土体4个面绘制完成
Al,47,48,29,30,53,13,
Al,53,31,51,46,12,
Al,46,52,23,50,14,
Al,50,24,49,47,15,!
右隧道外围土体4个面绘制完成
Al,18,19,20,17,!
左侧边境1个面绘制完成
Al,49,25,26,62,
Al,62,27,28,48,!
右侧边境2个面绘制完成
/PNUM,KP,0
/PNUM,LINE,0
/PNUM,AREA,1
APLOT!
绘制带编号的面,生成的面如图6-9所示。
SAVE!
保存数据,
1．创建网格模型
设置线被划分的单元数。
LESIZE,_Y1,,,8,,,,,1
lesize,1,,,8,,,,,1!
设置单元大小,即L1线划分成8个单元
TYPE,1!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
/PNUM,LINE,1!
显示线编号
LPLOT!
绘制线图，带编号和单元数。
Save!
按照“lesize,1,,,8,,,,,1”格式，将其他61条线也进行被划分单元数设置，其线的编号和被划分的单元数如表6-3所示，划分好后如图6-10所示。
表6-1 设置线单元数
NL
（NDIV
NL
（NDIV
NL
（NDIV
NL
（NDIV
NL
（NDIV
35
8
39
8
54
4
55
4
51
4
36
8
40
8
58
4
57
4
32
4
34
8
38
8
59
4
60
4
22
4
37
8
41
8
61
4
56
4
52
4
1
8
7
8
43
4
47
4
18
4
2
8
10
8
42
4
53
4
21
4
9
8
11
8
45
4
46
4
20
4
3
8
16
8
44
4
50
4
19
4
4
8
12
8
31
4
30
1
17
4
5
8
13
8
26
4
29
2
24
4
6
8
14
8
25
10
48
5
49
4
8
8
15
8
62
10
27
5
28
10
33
8
23
4
将所有面划分单元，其单元图如图6-11所示。
AMAP,1,14,19,20,!
划分面1，依次单击关键点14、19、20进行映射划分
AMAP,2,14,20,21,
AMAP,3,14,21,31,
AMAP,4,14,31,19,!
面1到4，为左隧道内开挖土体
AMAP,9,60,46,45,
AMAP,10,60,45,44,
AMAP,11,60,44,47,
AMAP,12,60,47,46,!
面9到12，为右隧道内开挖土体
AMAP,7,21,34,51,31
AMAP,8,31,51,32,19!
面7和8，为左隧道仰拱下土体
AMAP,15,44,52,55,47
AMAP,16,47,55,54,46!
面15和16，为右隧道仰拱下土体
TYPE,1!
转换为加固圈土体单元类型和材料
MAT,2
AMAP,5,19,32,33,20!
划分左隧道加固圈土体
AMAP,6,20,33,34,21
AMAP,13,46,54,53,45!
划分右隧道加固圈土体
AMAP,14,45,53,52,44
TYPE,1!
转换为普通土体单元类型和材料
MAT,1
AMAP,17,32,56,12,33!
划分左隧道周边区域面
AMAP,18,33,12,8,34
AMAP,19,34,8,11,51
AMAP,20,51,11,56,32
AMAP,21,54,57,13,53!
划分右隧道周边区域面
AMAP,22,53,13,56,52
AMAP,23,52,56,10,55
AMAP,24,55,10,57,54
AMAP,25,7,8,6,3!
划分左隧道边界面
AMAP,26,58,2,9,57!
划分左隧道边界面
AMAP,27,57,9,4,59
SAVE!
保存数据，本次共划分成1002个四边形单元
创建模拟喷射混凝土的梁单元。
TYPE,2!
设置将要创建单元的类型
MAT,3!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
E,2,11!
通过两个节点创建梁单元
E,11,12
E,12,13
E,13,14
E,14,15
E,15,16
E,16,17
E,17,10
E,10,63
E,63,64
E,64,65
E,65,66
E,66,67
E,67,68
E,68,69
E,69,62
E,62,122
E,122,123
E,123,124
E,124,125
E,125,126
E,126,127
E,127,128
E,128,114
E,114,172
E,172,171
E,171,170
E,170,169
E,169,168
E,168,167
E,167,166
E,166,2!
以上梁单元为左隧道喷射混凝土部分
Save!
保存数据
E,211,226
E,226,225
E,225,224
E,224,223
E,223,222
E,222,221
E,221,220
E,220,219
E,219,278
E,278,277
E,277,276
E,276,275
E,275,274
E,274,273
E,273,272
E,272,271
E,271,331
E,331,332
E,332,333
E,333,334
E,334,335
E,335,336
E,336,337
E,337,323
E,323,318
E,323,381
E,381,380
E,380,379
E,379,378
E,378,377
E,377,376
E,376,375
E,375,211!
以上梁单元为右隧道喷射混凝土部分
SAVE!
保存数据
创建CRD开挖中模拟临时支撑的梁单元，如图6-12所示。
TYPE,2!
设置将要创建单元的类型
MAT,3!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
E,1,18!
通过两个节点创建梁单元
E,18,19
E,19,20
E,20,21
E,21,22
E,22,23
E,23,24
E,24,10
E,1,76
E,76,75
E,75,74
E,74,73
E,73,72
E,72,71
E,71,70
E,70,62
E,1,115
E,115,116
E,116,117
E,117,118
E,118,119
E,119,120
E,120,121
E,121,114
E,1,3
E,3,4
E,4,5
E,5,6
E,6,7
E,7,8
E,8,9
E,9,2!
以上梁单元为左隧道临时支撑喷射混凝土部分
Save!
保存数据
E,210,227
E,227,228
E,228,229
E,229,230
E,230,231
E,231,232
E,232,233
E,233,219
E,210,285
E,285,284
E,284,283
E,283,282
E,282,281
E,281,280
E,280,279
E,279,271
E,210,324
E,324,325
E,325,326
E,326,327
E,327,328
E,328,329
E,329,330
E,330,323
E,210,212
E,212,213
E,213,214
E,214,215
E,215,216
E,216,217
E,217,218
E,218,211
Finish!
返回上级目录
SAVE!
保存数据以上梁单元为右隧道临时支撑喷射混凝土部分，共128个梁单元。
6.1.1加载与自重应力场求解
/SOL!
进入求解器
NSEL,S,LOC,X,-65.1,-64.9
NSEL,A,LOC,X,64.9,65.1
d,all,ux,0!
在选择的节点上施加“Ux”约束
Allsel!
选择所有内容
NSEL,S,LOC,Y,-22.5,-22.1
d,all,uy,0!
在选择的节点上施加“Uy”约束
ACEL,0,10,0,!
在Y方向施加重力加速度
SAVE!
施加了位移约束和自重应力场后见图6-13所示。
NROPT,FULL,,!
采用全牛顿－拉普森法进行求解
Allsel!
选择所有内容
ESEL,S,TYPE,,2!
选择2类单元
Ekill,all!
对选择的单元给予“死属性”
Allsel!
选择所有内容
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE
竖向位移（PLNSOL,U,Y,0,1）和应力（PLNSOL,S,Y,0,1）如图6-14和图6-15所示。
6.1.2先左洞后右洞开挖模拟分析
1．左洞左上部分土体开挖施工模拟分析
开挖土体。
/post1
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
/SOL!
进入求解器
Allsel!
选择所有内容
ANTYPE,,REST,1,13,0!
重新启动求解器
ASEL,S,,,2!
选择左洞左上部分土体面
ESLA,R!
选择左洞左上部分土体单元
Ekill,all!
对选择的单元给予“死属性”
Save
进行喷锚支护，即激活喷射混凝土衬砌梁单元和临时支撑单元。
Allsel!
选择所有内容
ESEL,S,TYPE,,2!
选择2类单元
Ekill,all!
对选择的单元给予“死属性”
Allsel!
选择所有内容
lsel,s,,,2,,,!
选择梁单元所在的线
lsel,a,,,34,36,2,
NSLL,R,1!
选择线上的节点
ESLN,R,1!
选择节点上的单元
ESEL,R,TYPE,,2!
选择2类单元
Ealive,all!
对选择的单元给予“生属性”
Save
节点力计算。
FINISH
/POST1!
进入后处理器
Allsel!
选择所有内容
ESEL,S,,,!
人工手动选择开挖土体周围的一圈单元图6-16所示
NFORCE,ALL!
对选择的节点求解节点力
Save
FINISH
/sol!
进入求解理器
节点力施加，加上节点力和位移边界条件后的模型如图6-17所示。
f,1,fx,4.37E-09!
施加X方向集中力
f,1,fx,-0.4743E+05!
施加Y方向集中力
f,1,fy,0.9367E+05
f,10,fx,-0.4789E+05
f,10,fy,-0.1099E+06
f,18,fx,-0.1116E+06
f,18,fy,-0.2069E+05
f,19,fx,-0.1041E+06
f,19,fy,-0.2041E+05
f,20,fx,-0.9727E+05
f,20,fy,-0.2031E+05
f,21,fx,-0.9131E+05
f,21,fy,-0.2034E+05
f,22,fx,-0.8623E+05
f,22,fy,-0.2040E+05
f,23,fx,-0.8191E+05
f,23,fy,-0.2042E+05
f,24,fx,-0.7817E+05
f,24,fy,-0.2032E+05
f,62,fx,0.7342E+05
f,62,fy,0.6471E+05
f,63,fx,-5701
f,63,fy,-0.1873E+06
f,64,fx,0.2051E+05
f,64,fy,-0.1652E+06
f,65,fx,0.4760E+05
f,65,fy,-0.1410E+06
f,66,fx,0.7627E+05
f,
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