地铁盾构工作井三维结构模拟计算书

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1、盾构工作井三维结构模拟计算书一、建模原则1.模拟实际结构示意图＞盾构井区段3D模拟视图:＞部分区段:边界条件处理：＞连续墙贯入土体时，土的作用按照弹赞考虑，以水平弹簧模拟地层对侧墙的水平位移的约束作用，竖向弹簧模拟地层对底板、侧墙底部的竖向位移约束作用＞顶、底板与墙连接节点采用钢筋连接器，内力计算中按刚性节点考虑。（设计时，两端及跨屮弯距要适当进行调幅）1.单元选取＞连续墙、盾构孔、地板均按照Shell板（thick）单元进行模拟；＞圈梁按照梁单元模拟＞后浇内衬根据梁格法近似模拟成网格状分布的梁单元。2.单元剖分跟据结构特性和计算精度要求划分单元，模型划分单

2、元数量：7558个。3.模型简化模型考虑盾构井及左右一段出入孔，基本如实的反映了实际结构4.结构分析范围结构按照弹性分析5.外部荷载的施加（1）荷载：＞覆土荷载取19KN/m3＞水土侧压力按朗金土压力理论，采用水土分算计算。（2）荷载组合：＞结构自重＞侧向水土压力＞底面超载引起侧土压力＞竖向土层荷载＞水浮力二、建模思路考虑到盾构井处结构变化引起分析的复杂性，建立三维模型计算处理盾构井结构特性，就是为了尽可能反映结构整体的受力和变形，避免平面模型的计算误差，整个模型均按照图纸设定结构尺寸和构件大小。＞模型在Sap2000中建立，＞定义材料性质为混凝土材料，混凝

3、土强度等级：C30,素混凝土自重：22KN/m3,钢筋混凝自重：25KN/m3；＞定义相关截面尺寸；＞定义荷载及荷载组合；＞建立三维模型；＞施加荷载，建立边界约束；＞运行分析。三、荷载数据及参数选取荷载包括结构自重和外部荷载，外部荷载包括水土侧压力，竖向土层压力，超载引起测压力，水浮力。>水土压力取值按下表屋4Ka00000000.00001.11.41.41&68180.527911.13.502.119.118100.704122117.5181060.81073314.003.018.81480.755744-115.51.519.511.521.50

4、.463654-220.304.818.81480.7557備号针篇支针篇支针篇支针篇支土恋力侧爲力水恋力水土侧広力起我測层力侧层力总针水土淫•力000.000.000.000.000.000.001.19.30-6.72-6.7210.563.849.3011.149.414.583034.5814.084&6679.41Z2184.41131.50105.00236.5016.21252.71289.4133240.81157.63135292.6315.11307.74375.8144」270.06109.54150.00259.549.27268.8

5、1420.06S4.2360.30247.92198445.9215.11461.04558.30计算工况：1.35X自重+1.35土压力+1.4X超载侧压力+1.05X水浮力。底板竖向弹簧系数：10000侧墙水平弹簧系数：20000侧墙底部竖向弹赞系数：100000侧墙底部水平弹簧系数：40000h控制截面的内力、应力计算结果受力:（基本单位:KN,m)＞工作井侧墙受力情况:平面力F11Max=1922.713Min=1396.059acn6O、G•ZbJ.-192.115-115.38-38.269.平面弯距M12Max=916.633Min二905.(

6、)13-3.8-230.80.82.33.8平面内正应力Sllmax=33704S22max=-36885平面内剪应力S12max=8879如上所示，由于模型中存在单元间应力集中，使得少数局部区域应力过大，造成模型结果的失真，这些都可以作为计算误差因素考虑，下图显示的是部分应力集中区域：颜色变化部分应力绝对值超过15000的区域。＞侧墙盾构孔处应力分布图：500423346-2.69-1.92-1.15-0.380381.151.922.693464勾平面内正应力Sllmax=21079S2加ax二9894平面内剪应力S12max=6719S13max=27

7、59S23max=2038＞区间隧道衬砌■350.280210-14070内力弯距极值Fllmax二4318.276F2加ax二264&720F12max二2422.986Mllmax=738.402M22max=334.535M12max二225.357平面内止应力Sllmax=21079S22max=9894平面内剪应力S12max=6719S13max:2759S23max=2038五、结构分析评价：通过对盾构井区段进行的三维分析，看出：1区间隧道主要受压，弯距较小，设计尺寸可以满足要求2井壁由于受侧土压力大，承受弯距较大，应考虑增设圈梁、增加原有圈梁

8、尺寸3内衬与内衬相交处应力集中现象突出，应考虑在转角