1、ANSYS地铁盾构隧道管片结构设计修改版9.1管片衬砌结构力学分析过程9.1.1前处理确定分析标题。/TITLE, Mecha ni cal an alysis on segme nt lining of shield tunnel in Metro !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,Prefere nces for GUI filteri ng have bee n set to display:/COM, Structural1.材料、实常数和单元类型定义/PREP
2、7ET,1,BEAM3ET,2, COMBIN14R,1,0.3, 0.00225,0.3,R,2,30e6,MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,34.5e9MPDATA,PRXY,1,0.2MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,2500SAVE!进入前处理器!设置梁单元类型，模拟管片衬砌!设置弹簧单元类型，模拟衬砌与地层相互作用!设置梁单元几何常数，单位为 m!设置弹簧单元几何常数，单位为 Pa!设置材料模型!输入弹性模量，单位为 Pa!输入泊松比!设置材料模型!输入密度，单位为 kg!保存数据库2.建立几何模型(1)创建关键点。K,100,0,
3、0,0,K,1,0.5925,2.7877,0,K,2,-0.5925,2.7877,0,K,3,2.7105,0.8807,0,K,4,-2.7105,0.8807,0,K,5,1.6752,-2.3057,0,K,6,-1.6752,-2.3057,0,SAVE!通过编号和坐标创建关键点，圆心位置!以上6个关键点为管片环向接头位置 !保存数据(2 )创建盾构隧道轮廓线。!通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧!以上为盾构隧道轮廓线的绘制!保存数据Larc,1,2,100,2.85Larc,2,4,100,2.85Larc,4,6,100,2.85Larc,6,5,100,2.85La
4、rc,5,3,100,2.85Larc,3,1,100,2.85SAVE3. 4创建弹簧节点所在的轮廓线(1)!通过编号和坐标创建关键点创建关键点。K,11,0.7277,3.4235,0,K,12,-0.7277,3.4235,0,K,13,3.3287,1.0816,0,K,14,-3.3287,1.0816,0,!以上6点对应管片接头，只是半径更大了 !保存数据(2)创建左右隧道弹簧节点轮廓线。K,15,2.0572,-2.8316,0,K,16,-2.0572,-2.8316,0,SAVE!通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧!以上为盾构隧道弹簧外节点轮廓绘制，如图 9-6所示
5、!保存数据Larc,11,12,100,3.5Larc,12,14,100,3.5Larc,14,16,100,3.5Larc,16,15,100,3.5Larc,15,13,100,3.5Larc,13,11,100,3.5SAVE4.单元网格划分(1)设置单元大小，每 6度为一单元，共 60个单元，如图9-7所示。LESIZE,all, , ,4,1!设置单兀大小，所有选择的线被划分成4个单元Allsel!选择所有兀素lsel,s,2,8,6!选择线2和8lsel,a,6,12,6!再选择线6和12LESIZE,all, , ,10,1!设置单兀大小，所有选择的线被划分成10个单元Alls
6、ellsel,s,3,5,1!选择线3到5lsel,a,9,11,1!再选择线9和11LESIZE,all, , ,12,1!设置单兀大小，所有选择的线被划分成12个单元Allsel!选择所有兀素/PNU M, LINE,1!显示线/PNUM,ELEM,0!显示编号/REPLOT!重新显示Lplot!显示线lsel,s”,1,7,6 !选择线 1 和 7号记不住，还是拷别的办法，为何线号显示不出来。在这个地方选择线号咋办？线SAVE!保存数据其单元图如图 9-8所示。(2)划分单元，TYPE,1!设置将要创建单兀 的类型，二次衬砌MAT,1!设置将要创建单元的材料REAL,1!设置将要创建单元
7、 的几何常数Imesh, all !对所有的线进行单元划分，通过网格划分原先的线就变成了单元并被赋予了上面的属性SAVE!保存数据(3)创建弹簧单元，加了弹簧单元的单元网格如图9-9所示TYPE,2!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,2设置将要创建单元的几何常数E,1,61!通过单元的两个节点创建弹簧单元。 !依次继续直到所有的弹簧单元创建完成， 其节点的编号如图9-10所示。此命令没有用划分网格的方法来建立单元，而是直接用 E命令直接生成单元，并被赋予上面的属性。注意应该是先分配单元属性后生成单元！!设置将要创建单元的类型!设置将要创建单元的材料!设置将要创建
8、单元的几何常数!清除线16到23上的所有单元为什么要有这一步又没有创建单元为何要赋予属性?9.1.2加载与求解1.加载(1)对四周各节点施加“ Ux”和“ Uy”两个方向的约束。/SOL !进入求解器LST,2,60,1,ORDE,2 !选择要施加约束的节点，共 60个FITEM,2,61FITEM,2,-120!*/GOD,P51X, ,0, , , ,UX,UY, , , , !在“ Ux ”和“ Uy ”两个方向的施加约束（2）施加重力加速度。ACEL,0,10,0, !在Y方向施加重力加速度Save !保存数据（4）节点力的计算。具体的计算公式如第 333小节中介绍的等效节点荷载计算式
9、,什么意思？ ？本实例采用EXCEL电子表格进行计算。!原则节点所在的6条线，线7到12!选择所有元素!选择线7到12!选择线上的节点!显示节点编号设置NLIST,ALL, , , ,NODE,NODE,NODE !列出节点坐标SAVE !保存数据!为什么此处显示是没有节点显示不明白（4）在节点上施加节点力，加上何载和位移边界条件后的几何模型如见图 9-11所示。f,1,fx,-3502.5!在节点上施加X方向节点力f,3,fx,-1170f,4,fx,0f,5,fx,3502.5f,2,fx,5790!以上为在拱顶管片（封顶块）上施加 X方向节点力f,7,fx,8017.5f,8,fx,10
10、155f,9,fx,12187.5f,10,fx,14077.5f,11,fx,15825f,12,fx,17385f,13,fx,18765f,14,fx,19935f,15,fx,20887.5f,6,fx,21611.25!以上为在左邻接块上施加 X方向节点力f,17,fx,22098f,18,fx,22342.97396f,19,fx,22342.77605f,20,fx,22098f,21,fx,21611.25f,22,fx,20888.25f,23,fx,19935f,24,fx,18765f,25,fx,17385f,26,fx,15825f,27,fx,14077.5!以上为
11、在左标准块上施加f,16,fx,12187.5X方向节点力f,29,fx,10155f,30,fx,8017.5f,31,fx,5790f,32,fx,0f,33,fy,1170f,34,fx,0f,35,fx,-3502.5f,36,fx,-5790f,37,fx,-8017.5f,38,fx,-10155f,39,fx,-12187.5!以上为底部标准块上施加f,28,fx,-14077.5X方向节点力f,41,fx,-15825f,42,fx,-17385f,43,fx,-18765f,44,fx,-19935f,45,fx,-20888.25f,46,fx,-21611.25f,47,
12、fx,-22098f,48,fx,-22342.77611f,49,fx,-22342.9739f,50,fx,-22098f,51,fx,-21611.25!以上为在右标准块上施加f,40,fx,-20887.5X方向节点力f,52,fx,-19935f,53,fx,-18765f,54,fx,-17385f,55,fx,-15825f,56,fx,-14077.5f,57,fx,-12187.5f,58,fx,-10155f,59,fx,-8017.5!以上为在右邻接块上施加f,60,fx,-5790X方向节点力f,1,fy,-35354.4!在节点上施加 Y万向节点力f,3,fy,-35
13、745.6f,4,fy,-35745.6f,5,fy,-35354.4f,2,fy,-34578!以上为在拱顶管片（封顶块）上施加 Y万向节点力f,7,fy,-33426f,8,fy,-31896f,9,fy,-30024f,10,fy,-27816f,11,fy,-25308f,12,fy,-22536f,13,fy,-19500f,14,fy,-16248f,15,fy,-12828!以上为在左邻接块上施加f,6,fy,-9264Y方向节点力f,17,fy,-5604f,18,fy,-1872f,19,fy,0f,20,fy,5604f,21,fy,9264f,22,fy,12828f,2
14、3,fy,16248f,24,fy,19500f,25,fy,22524f,26,fy,25320f,27,fy,27816!以上为在左标准块上施加f,16,fy,30024Y方向节点力f,29,fy,31896f,30,fy,33418.8f,31,fy,34579.2f,32,fy,35179.2f,33,fy,35749.2f,34,fy,35749.2f,35,fy,35356.8f,36,fy,34579.2f,37,fy,33418.8f,38,fy,31896f,39,fy,30024!以上为底部标准块上施加f,28,fy,27816Y方向节点力f,41,fy,25320f,42
15、,fy,22524f,43,fy,19500f,44,fy,16248f,45,fy,12828f,46,fy,9264f,47,fy,5604f,48,fy,1872f,49,fy,0f,50,fy,-5604f,51,fy,-9264!以上为在右标准块上施加f,40,fy,-12828Y方向节点力f,52,fy,-16248f,53,fy,-19500f,54,fy,-22536f,55,fy,-25308f,56,fy,-27816f,57,fy,-30024f,58,fy,-31896f,59,fy,-33426f,60,fy,-34578!以上为在右邻接块上施加 Y方向节点力2.求解
16、(1：）求解前设置。NROPT,FULL,AllselOutres,all,allD,4, ,0, , 34, 30,UX,D,19, ,0, , 49, 30,UY,(2)求解。SolveFi nishSAVE!采用全牛顿-拉普森法进行求解!选择所有内容!输出所有内容!在节点4，34上施加水平位移约束!在节点49, 19上施加竖向位移约束!求解计算!求解结束返回 Main Menu主菜单!保存数据9.1.3后处理1.初次查看内力和变形结果(1)绘制变形图，如图 9-12 所示。路径为：Ge neral Postproc Plot Results Deformed Shape Def + Un
17、 deformed。!进入后处理器!绘制变形和未变形图路径： General PostprocElement TableDefine Table。! 6、12表示弯矩/POST1PLDISP,1(2 )内力表格制作。ETABLE, ,SMISC, 6ETABLE, ,SMISC, 12! 1、7表示轴力ETABLE, ,SMISC, 1ETABLE, ,SMISC, 7! 2、8表示剪力ETABLE, ,SMISC, 2ETABLE, ,SMISC, 8(3)查看内力，包括弯矩、轴力和剪力，如图 9-13图9-15所示。路径：GeneralPostproc Plot Results Conto
18、ur Plot Line Elem Res 。!仅显示单元类型1!绘制弯矩图!绘制轴力图!绘制剪力图!保存数据ESEL,U,TYPE,1 PLLS,SMIS6,SMIS12,-1.5,0PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0PLLS,SMIS2,SMIS8,2,0SaveFi nish/sol!结束后处理器操作!进入求解器2.去除受拉弹簧再计算由图9-12可以看出，大部分弹簧单元都是受拉，因此要去除受拉弹簧单元，并进 行重新计算。采用单元的“生死”来模拟，即将受拉弹簧的属性赋予“死”。路径：Solutio nLoadStepOptio nsOtherBirtha ndDeathKill El
19、eme nts 。!选择单元共13个弹簧（底部的）FLST,2,13,2FITEM,2,147FITEM,2,148FITEM,2,149FITEM,2,150FITEM,2,152FITEM,2,151FITEM,2,153FITEM,2,154FITEM,2,155FITEM,2,156FITEM,2,157FITEM,2,158FITEM,2,159EKILL,P51XFLST,2,13,2FITEM,2,129FITEM,2,128FITEM,2,127FITEM,2,126FITEM,2,125FITEM,2,124FITEM,2,123FITEM,2,122FITEM,2,121F
20、ITEM,2,180FITEM,2,179FITEM,2,178FITEM,2,177EKILL,P51X!杀死所选择的单元!选择单元共13个弹簧（顶部的）!杀死所选择的单元SAVE !保存数据（2）显示计算模型。 删除受拉弹簧单元后得到的模型图如图 9-16所示。FLST,5,26,1,ORDE,9FITEM,5,61FITEM,5,-65FITEM,5,67FITEM,5,-70FITEM,5,76!选择不显示的节点，共 26个FITEM,5,88FITEM,5,-99FITEM,5,117FITEM,5,-120NSEL,U, , ,P51XESEL,S, LIVEEPLOTSAVE（3）重新求解。!不选择以上节点!选择具有“活属性”的单元!绘制单元图!保存数据Allsel Solve Fi nish SAVE!选择所有内容!求解计算!求解结束返回 Main Menu主菜单!保存数据3.查看最后计算结果其过程跟初次查看内力和变形一步相同，其内力和变形图如图 9-17图9-20所示。但是，其中用到的不同命令流如下：/POST1ETABLE,REFL !更新单元表数据，需要在绘制内力和变形图之前先执行该命令/exit,all !退出程序并保存所有数据
