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ANSYS公路隧道二次衬砌受力分析

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课程设计任务书题目公路隧道二次衬砌受力分析一、设计的目的学会利用ANSYS的功能分析隧道二次衬砌等一些相对复杂的结构，使对ANSYS的操作更加娴熟，更好的投入实际应用。

二、设计的内容及要求设计内容：某高速公路隧道，采用矿山法施工，隧道V级围岩中。

其围岩埋深为21.173m，隧道内断面轮廓如下图，采用C30混凝土，厚度为50cm。

做出内力图，列出各单元内力值。

《二衬荷载按照计算荷载的30%计算，并保留三位小数》操作步骤：1.1 指定工作文件名。

执行“开始→程序→ANSYS→ANSYS Product Launcher”菜单命令创建Job Name 为Mechanical analysis on permanent lining of tunnel in Express-way 1.2 定义分析标题执行“Utility Menu→File→Change Title”菜单命令，在对话框中输入“Mechanical analysis on permanent lining of tunnel in Express-way”Main Menu→preferencers在弹出的菜单选择structural.1.3定义单元类型执行“Main Menu→Preprocess→Element Type→Add/Edit/Delete”然后执行：add→beam→2D elastic 3→OK；再Add→COMBIN→Spring-damper14→OK关闭窗口。

1.4定义单元实常数执行Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete→add→ok →Type 1 BEAM3 →OK→Real Constant Set No.栏中输入1，在AREA栏输入0.5→在IZZ(惯性矩)栏输入0.5*0.5*0.5*/12→HEIGHT(高度)栏输入0.5→Apply;同理定义弹簧实常数k，100e6。

1.5定义材料属性1、执行：Main Menu→Preprocessor→Material props→Material Models→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→在弹性模量EX栏输入30e9→在PRXY栏输入0.2→OK，再点击Density，DENS栏输入2500 →执行“Meterial→New Modle”，单击OK，双击Isotropic，在EX栏填写1E9，在PRXY栏填写0.35，单击OK，双击Density，在DENS栏填写1800，单击OK，关闭对话框；1.6定义截面属性Main Menu→Preprocessor→sections→Beam→Common sections→B中输入,1→在H中输入0.5→ok1.7建立几何模型⑴执行：Main Menu→preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→in active CS→依次输入坐标点1（0,0）点击Apply,如此依次输入，2（-3.34，0），3（3.34,0），4（0,11.37），点击OK。

⑵执行命令circle,1,5.65circle,2,2.52 circle,3,2.52 circle,4,14.25 circle,1,6.65 circle,2,3.52 circle,3,3.52 circle,4,15.25生成八个圆。

⑶执行Modeling →operate→booleans→overlay然后根据需要两根线搭接生成关键点。

⑷执行Modeling→delete→lines only选择不需要的线点击Apply→OK.⑸执行PlotCtrls→Symbols→LDIR Line将off打√变为on→OK.⑹执行Modeling→move/modify→reverse Normols→of lines→on打√变为yes→OK.1.8划分单元GUI执行：MainCMenu→preprocessor→Meshing→Mesh tool→Element Attributes选择lines→set→选择L1、L2、L6、L10、L9、L11、L12、L8的8段→Apply→OK; Size Controls→lines→set→选择L3、L4、L1、L2的4段→Apply在NDIV输入16→OK；同理分别选择L5、L6、L7、L8、L10、L14、L12、L16→输入2；L9、L11、L13、L15→输入10；点击OK，点击Mesh,点击Pick All.1.9生成弹簧执行：PlotCtrls→Numbering→勾选Node number为on执行：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Eelement→Elem Attributes→选择所有都为第二项→OK。

执行：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Eelement→Auto Numbered →thru Nodes→然后相应节点相连接，即生成弹簧单元。

执行Meshing→clear→选中外面的线→点击OK。

执行Modeling→delete→lines only选择不需要的线点击Apply→OK.2.0加约束，荷载(1)执行：Main→Menu→solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→on nodes→在弹簧末端施加UX、UY方向约束;(3) 自重荷载Main→Menu→solution→Define Loads→Apply→Structural→Inertia→Gravity→Global→ACELY栏中输入10→OK2.1求解GUI执行：Main→Menu→solution→solve→current LS→ok，得到一个计算结果。

2.2计算变形图。

执行：select entities 选择Elements和 Reselect，选择衬砌。

单击OK。

执行；Plotctrls →style→size and shape→Display of element→勾选为On 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot result→Deformed shape→得出变形图。

执行：File →Report Generator-Append,生成一个抓图工具，抓取变形图。

2.3定义轴力、剪力、弯矩GUI执行：Main→Menu→Geaneral postproc→ Element table→Dfine table→add→By sequence num→定义轴力在lab栏中输入→IN→SMISC,1→Apply；在lab栏中输入→IN→SMISC,7→Apply；同理定义剪力IQ、JQ,分别对应SMISC,2、SMISC,8；同理定义弯矩IM、JM，分别对应SMISC,6、SMISC,12。

2.4分别绘制出轴力、剪力、弯矩图(1) 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot Results→contor plot→line elem res→LabI选择1,LabJ选择7→OK得出了轴力图。

(2) 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot Results→contor plot→line elem res→LabI选择2,LabJ选择8→OK得出了剪力图。

(3) 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot Results→contor plot→line elem res→LabI选择6,LabJ选择12，Fact栏中输入-1→OK得出了弯矩图。

若受力图不对，则可能是因为上部弹簧受拉造成。

则执行命令nropt,full,, allseloutres,all,all再执行：solution→load step opts→other→Dirth&death→kirl element选择上面相对称的弹簧→OK。

再执行上面操作查看内力图，直到满足要求为止。

得到图形如下：受力图：变形图：轴力图：剪力图：弯矩图：再执行列表显示单元的轴力、剪力、弯矩：执行“Main Menu→General Postproc→List Results→Elem Table Data”，在对话框中选择IN、JN、IQ、JQ、IM、JM，单击OK，即得各个单元轴力、剪力、弯矩，见后附表PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT***** POST1 ELEMENT TABLE LISTING *****STAT PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUSELEM IN JN IQ JQ IM JM1 -0.34069E+06-0.33376E+06 9648.6 9308.6 7533.6 2278.12 -0.32359E+06-0.31673E+06 -943.05 -1960.0 2278.1 3082.93 -0.29772E+06-0.29100E+06 -5066.2 -6750.3 3082.9 6358.84 -0.26319E+06-0.25666E+06 -4940.1 -7275.0 6358.8 9745.35 -0.22068E+06-0.21441E+06 -2457.5 -5420.8 9745.3 11929.6 -0.17137E+06-0.16542E+06 962.90 -2600.2 11929. 12383.7 -0.11685E+06-0.11128E+06 4375.3 246.62 12383. 11102.8 -59036. -53900. 7229.6 2575.2 11102. 8383.89 -39.589 4614.9 9269.3 4133.9 8383.8 4668.010 57926. 62055. 10433. 4866.0 4668.0 426.6511 0.11265E+06 0.11622E+06 10774. 4829.4 426.65-3899.212 0.16203E+06 0.16499E+06 10405. 4139.6 -3899.2-7931.413 0.20414E+06 0.20648E+06 9458.4 2932.7 -7931.4-11367.14 0.23735E+06 0.23903E+06 8068.7 1345.6 -11367.-13977.15 0.26035E+06 0.26137E+06 6362.5 -493.28 -13977.-15604.16 0.27226E+06 0.27260E+06 4457.6 -2464.9 -15604.-16156.17 0.27260E+06 0.27226E+06 2464.9 -4457.6 -16156. -15604.18 0.26137E+06 0.26035E+06 493.28 -6362.5 -15604. -13977.19 0.23903E+06 0.23735E+06 -1345.6 -8068.7 -13977. -11367.20 0.20648E+06 0.20414E+06 -2932.7 -9458.4 -11367. -7931.421 0.16499E+06 0.16203E+06 -4139.6 -10405. -7931.4 -3899.222 0.11622E+06 0.11265E+06 -4829.4 -10774. -3899.2 426.6523 62055. 57926. -4866.0 -10433. 426.65 4668.024 4614.9 -39.590 -4133.9 -9269.3 4668.0 8383.825 -53900. -59036. -2575.2 -7229.6 8383.8 11102.26 -0.11128E+06-0.11685E+06 -246.62 -4375.3 11102. 12383.27 -0.16542E+06-0.17137E+06 2600.2 -962.90 12383. 11929.28 -0.21441E+06-0.22068E+06 5420.8 2457.5 11929. 9745.329 -0.25666E+06-0.26319E+06 7275.0 4940.1 9745.3 6358.830 -0.29100E+06-0.29772E+06 6750.3 5066.2 6358.8 3082.931 -0.31673E+06-0.32359E+06 1960.0 943.05 3082.9 2278.132 -0.33376E+06-0.34069E+06 -9308.6 -9648.6 2278.1 7533.669 -0.36463E+06-0.35656E+06 62454. 63876. 67470. 26030.70 -0.35117E+06-0.34298E+06 27955. 28432. 26030. 7533.671 -0.34298E+06-0.35117E+06 -28432. -27955. 7533.6 26030.72 -0.35656E+06-0.36463E+06 -63876. -62454. 26030. 67470.73 -0.38257E+06-0.38455E+06 96649. 0.10247E+06 38327. -10609.74 -0.39728E+06-0.39905E+06 47427. 53309. -10609. -35367.75 -0.41015E+06-0.41172E+06 13575. 19515. -35367.-43499.76 -0.42121E+06-0.42258E+06 -7160.6 -1170.1 -43499.-41452.77 -0.43057E+06-0.43173E+06 -17811. -11777. -41452.-34180.***** POST1 ELEMENT TABLE LISTING *****STAT PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUS PREVIOUSELEM IN JN IQ JQ IM JM78 -0.43833E+06-0.43928E+06 -21374. -15304. -34180.-25166.79 -0.44455E+06-0.44529E+06 -20381. -14281. -25166.-16647.80 -0.44926E+06-0.44979E+06 -16724. -10602. -16647.-9931.081 -0.45244E+06-0.45276E+06 -11672. -5536.4 -9931.0-5701.682 -0.45416E+06-0.45427E+06 -5997.9 145.41 -5701.6-4263.383 -0.38438E+06-0.38943E+06 31135. 34916. 67470. 50804.84 -0.39682E+06-0.40102E+06 22368. 27079. 50804. 38327.97 -0.45427E+06-0.45416E+06 -145.41 5997.9 -4263.3-5701.698 -0.45276E+06-0.45244E+06 5536.4 11672. -5701.6-9931.099 -0.44979E+06-0.44926E+06 10602. 16724. -9931.0-16647.100 -0.44529E+06-0.44455E+06 14281. 20381. -16647.-25166.101 -0.43928E+06-0.43833E+06 15304. 21374. -25166.-34180.102 -0.43173E+06-0.43057E+06 11777. 17811. -34180.-41452.103 -0.42258E+06-0.42121E+06 1170.1 7160.6 -41452.-43499.104 -0.41172E+06-0.41015E+06 -19515. -13575. -43499.-35367.105 -0.39905E+06-0.39728E+06 -53309. -47427. -35367.公路隧道二次衬砌受力分析-10609.106 -0.38455E+06-0.38257E+06-0.10247E+06 -96649. -10609. 38327.107 -0.40102E+06-0.39682E+06 -27079. -22368. 38327. 50804.108 -0.38943E+06-0.38438E+06 -34916. -31135. 50804. 67470.MINIMUM VALUESELEM 97 82 106 106 76 75VALUE -0.45427E+06-0.45427E+06-0.10247E+06 -96649. -43499.-43499.MAXIMUM VALUESELEM 17 16 73 73 83 72VALUE 0.27260E+06 0.27260E+06 96649. 0.10247E+06 67470. 67470.11。

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围岩注浆对二次衬砌的受力影响分析

围岩注浆对二次衬砌的受力影响分析

围岩注浆对二次衬砌的受力影响分析一、二次衬砌简单介绍所谓二次衬砌是指隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌，与初期支护共同组成复合式衬砌。

二次衬砌施工主要是满足现代化高速道路隧道建设的要求，以实现道路支护稳固，路线防排水系统有效应用而进行的一项工作。

在高速道路建设中，二次衬砌施工是非常重要的，其关乎道路能否长期坚固、稳定、耐用。

所以，对于二次衬砌施工是有要求的，以保证其施工质量达标。

对于二次衬砌施工的要求主要是：（1）二次衬砌施工中所应用的混凝土需要满足防水、耐用、设计强度较高、密实性强等要求。

（2）一定要采用高质量的骨料作为二次衬砌混凝土的组成材料，以保证混凝土有效的应用。

（3）在进行二次衬砌施工过程中一定要严格按照施工要求进行，尽量将二次衬砌施工误差减到最小值。

（4）隧道拱部超挖部分的浇筑，一定要一次完成，并且所应用的混凝土强度与二次衬砌混凝土相同。

（5）二次衬砌中所应用的混凝土一定要符合施工要求，像混凝土的原材料、混凝土制作过程、混凝土浇筑等方面都要达到要求。

总之，在进行二次衬砌施工过程中一定严格按照施工要求进行，尽量提高施工质量，才能够保证高速道路更加坚固、稳定、耐用。

二、围岩注浆对二次衬砌受力影响分析围岩注浆作为隧道富水地段堵水的有效措施，还具有加固围岩的作用，但围岩注浆的弹性模量、粘聚力等参数变量有所提高，将会影响二次衬砌受力情况。

为此，通过围岩注对二次衬砌受其情况进行有计划的改变，能够实现二次衬砌的厚度、配筋量等，促使二次衬砌应用效果更加。

以下笔者采用敏感性分析法来详细的分析围岩注浆对二次衬砌受力影响进行详细的分析。

1.敏感性分析法敏感性分析法是指从众多不确定性因素中找出对投资项目经济效益指标有重要影响的敏感性因素，并分析、测算其对项目经济效益指标的影响程度和敏感性程度，进而判断项目承受风险能力的一种不确定分析方法。

利用敏感性分析法来分析围岩注浆对二次衬砌受力影响，主要从以下两方面进行。

隧道二衬结构安全性评估及改进方案

隧道二衬结构安全性评估及改进方案

实际埋深均超 20 m,故判别为深埋隧道。
(2) 深埋围岩压力计算
围岩垂直均布压力为
q = γh = 0. 45 × 2 s - 1 ωγ
(3)
式中,s 为围岩级别;ω 为宽度影响系数;B 为隧道
最大开挖跨度,应考虑超挖影响。
隧道二衬荷载承载能力有一定范围,A 段( DK26 +
112
2021 年第 1 期
055 段。
(3) 素混凝土安全评定标准
K 1 N ≤ ϕαR a bh
A
拱墙 0. 25 仰拱 0. 25
C
拱墙 0. 28 仰拱 0. 28
B
D
(4)
心距;K 2 为抗拉安全系数。
4 二衬钢筋缺失结构安全性评估
4. 1 参数选取和模型建立
通过无 破 损 检 测, 表 明 隧 道 正 洞 DK26 + 039 ~
期间隧道二次衬砌结构影响进行研究 [1] ;余永康等应
用数值模拟方法对隧道二衬作用效应及分担比进行研
究 [2-3] ;胡庆龙等研究隧道衬砌缺陷问题,并提出钢筋
混凝土套衬整治方案 [4] ;常伟学等研究隧道二衬施工
钢筋间距问题 [5-6] ;李忠凯等在管棚的设计与施工方
法、管棚支护的力学机理、实际工程数值模拟等方面做
表 1 围岩水平均布压力
Ⅳ
围岩级别
Ⅴ
(0. 15 ~ 0. 3) q
水平均布压力
K2 N ≤ ϕ
(0. 3 ~ 0. 5) q
围岩级别
A
Ⅳb
C
Ⅴ b-1
Ⅴa
B
Ⅴ c-1
D
二衬荷载
分担比例
计算取
用比例
30% ~ 50%
摘要本文的主要研究内容为隧道二次...

摘要本文的主要研究内容为隧道二次...

辽宁工程技术大学工程硕士学位论文３７考虑隧道开挖过程中围岩应力变化及施工初期支护的内力特点。

只关注隧道二次衬砌在受到周围压力后，结构内力响应。

进一步研究二次衬砌在周围压力的作用下，结构破坏过程和极限承载力。

因此，几何模型是参照施工设计文件中二次衬砌的断面结构图尺寸，建立平面的有限元计算模型。

由二次村砌的结构受力特点，在模型中只建立了环向的受力钢筋模型，因为所研究的对象是平面问题，忽略纵向连接钢筋和架立钢筋。

几何模型如图５－６所示。

图５－６二次衬砌平面几何模型５．３．３材料模型设计中二次衬砌采用Ｃ２５的钢筋混凝土结构。

钢筋和混凝士材料的物理力学参数从试验中得到，ＡＤＩＮＡ程序中混凝土采用如前面所述的等效弹性系数模式下本构关系和破坏准则。

Ｃ２５混凝土和钢筋的单轴应力一应变曲线如图５—７示。

图ｓ．７钢筋与混凝土材料单轴应力一应变曲线图５．１０竖向荷载作用下的横向与纵向挠曲变形在二次衬砌的挠曲变形图中，最大位移点是关注的对象。

在图５—１０中可知，水平位移中最大位移左右两个方向，分别为绝对值相等的正负值。

因此在描述位移随着荷载增量的变化曲线，以位移绝对值作为参考变量。

如图５．１１所示。

图５．１１横向最大位移随时问变化曲线竖向位移中拱顶与底板中间点是研究位移的对象。

在水平最大位移点随着荷载增量的变形曲线如图５．１２。

左侧图为底板位移曲线，右侧为拱顶位移曲线。

图５．１２竖向拱顶与底板最大位移随时间变化曲线为研究二次衬砌的破坏特点，在应力云图中描述了有效应力的分布，相应于有效应力，可以得到二次衬砌在极限荷载作用后的开裂情况。

如图５．１３有效应力分布云图和图５—１４二次衬砌开裂部位图所示。

图５．１３有效应力分布云图图５—１４二次衬砌开裂部位图由于上述较接近线性的位移与时间的关系中，认定是衬砌内钢筋在起到抵抗拉力的作用。

图５．１５中描述了钢筋的应力分布图和应变分布。

图５—１５钢筋应力与应变分布辽宁工程技术大学工程硕士学位论文４４２）只有两侧受力图５—１６竖向与横向位移云图二衬与初期衬砌的隔离使二衬结构只受两侧压力能为可能。

隧道内力及可靠度分析操作流程手册

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隧道结构内力及可靠性分析操作流程手册目录第一章隧道结构内力分析1.1 Ansys菜单操作本例以标准图1202普货-200双线Ⅳ级围岩无砟隧道为例。

本隧道为二衬为c35混凝土，混凝土弹性模量为32E10，泊松比为0.2，Ⅳ级围岩弹性反力系数为350e6，计算按照深埋求得竖向及水平荷载。

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Utility Menu：File→Change Jobname，出现Change Jobname对话框。

在【/FILNAM】Enter new Jobname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Utility Menu：File→Change Title命令，出现Change Title对话框，在输入栏中输入Tunnel Support Structural Analysis，单击OK按钮关闭该对话框。

第二步：定义单元类型选择菜单Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，出现Element Types 对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。

在左侧滚动栏中选择Structural Beam，在右侧滚动栏中选择2D elestic 3，单击Apply按钮，定义Beam3单元，如图1-1所示。

最后单击Close按钮关闭对话框。

图1-1 单元类型库对话框第三步：定义单元实常数选择菜单Main Menu：Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令，出现Real Contants对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Contants对话框，单击OK按钮，选择TYPE 1 BEAM3，单击OK按钮，最后在弹出的Real Constant for BEAM3对话框中分别输入隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA：0.45、惯性矩IZZ：0.00759375、高度HEIGHT：0.45，如图1-2所示。