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第4章 ANSYS在隧道工程中的应用分析 元坐标系号就可以。

4.4.1.4 施加约束和荷载

在施加边界条件和荷载时，既可以给实体模型（关键点、线、面）也可以给有限元模型（节点和单元）施加边界条件和荷载。在求解时，ANSYS程序会自动将加到实体模型上的边界条件和载荷转递到有限元模型上。

隧道结构分析中，主要是给弹簧施加自由度约束。 命令：D

施加荷载包括重力以及隧道结构所受到的力。 4.4.1.5 求解

接着就可以进行求解，ANSYS程序根据现有选项的设置，从数据库获取模型和载荷信息并进行计算求解，将结果数据写入到结果文件和数据库中。 命令：SOLVE

GUI：Main Menu>Solution>Solve> Current LS 4.3.1.6 后处理

后处理的目的是以图和表的形式描述计算结果。对于隧道结构受力分析中，很重要一点就是进入后处理器后，观察结构受力变形图，根据弹簧单元只能受压的性质，去掉受拉弹簧，再进行求解，随后再观察结构受力变形图，看有没有受拉弹簧，如此反复，直到结构受力变形图中无受拉弹簧为止。这时就得到隧道结构受力分析的正确结果，进去后处理器，绘出隧道支护结构的变形图、弯矩图、轴力图和剪力图，列出各单元的内力和位移值，以及输出结构的变形图和内力图。最后按照相关设计规范进行强度和变形验算，如果不满足设计要求，提出相应的参数修改意见，再进行新的分析。 命令：／POST1

GUI： Main Menu> General Postproc

4.3.2 实例描述

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。

第4章 ANSYS隧道工程中的应用实例分析

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。

表3-3 物理力学指标 名称 容重 弹性抗力系数 3弹性模量 E（GPa） 1.5 30 泊松比 ?（kN/m） Ⅳ级围岩 C30钢筋 混凝土 22 25 K（MPz/m） 300 - v 0.32 0.2 内摩擦角 ?（。） 29 54 凝聚力 C（MPa） 0.35 2.42 表3-4 荷载计算表 荷载 种类 值 围岩压力 结构自重 通过ANSYS添加 水压 垂直匀布力N/m3 80225 水平匀布力N/m3 16045 N/m3 200000 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。