结构受力计算

《结构受力计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、姓名：何佳银班级：土木七班学号：20110494隧道有限元模型的等效结点力计算一、隧道概况大连市202路轨道线路延伸工程蔡大岭隧道位于旅顺南路蔡家大岭，隧道起讫里程为DK4+843.5〜DK6+430,全长1586.5m,DK5+632处采用暗挖法施工。根据地质资料得：围岩级别为IV级，隧道上方土体重度从上往下取Zi=18Wm3,r2=22Wm3,该断面的地层及结构等信息见下图：图1纵断面图（单位：m）图2横断面图（单位：二、荷载计算由题目所提供资料得知：土体重度依次从上往下取Yi=18Wm3,72=22Wm3,隧

2、道埋深为20.838+2.188=23.026m,隧道二次衬砌侧面土体高8.38m,隧道为单线，围岩级别为IV级(S=4)。隧道埋深23.026m>14m属于深埋隧道，可以形成自然平衡拱。验算坑道高度与跨度之比：H/B=9.08/10.65=0.853<1.7故可采用统计法公式。应该按照双线隧道围岩松动压力计算方法计算隧道竖向荷载：1、竖向均布荷载：式中：q一竖向围岩压力；厂一围岩重度；么一计算围岩高度。ha=0A5X2SAXw其中^=1+/(B-5)=14-O.1X(10.65-5)=1.565/za=0.45X

3、2s_1Xu；=0.45X24—iX1.565=5.634mq==22x5.634=23.948kPa2、水平侧向荷载：围岩水平均布作用压力：e=(0.15〜0.3知e=(0.15〜0.3)X123.948=18.59〜37.18(kPa)取水平荷载e=30kPao三、结构离散化隧道二次衬砌属于直墙式衬砌，将模型划分为0.5m长的单元:116°1QZ17"川dx5.4xji+0.5=22,n3=3.96/0.5X2=16,1180°31O35'22〃n,=(x3.53xn-0.5)x2=8,n二rb+n2+n3=

4、22十8十16=46(2180°隧道平均分为46段，结构离散化简图如下所示：U!图3隧道离散化简图结构荷载不将计算的竖向均布荷载以及水平侧向荷载施加在隧道结构模型上，得到计算模型简图如下所示：e=30kPa////q=123.948kPa图4计算模型简图e=30kPa五、模型等效结点荷载计算隧道所受各种力转化为等效结点力计算图示:图5均布荷载转化成等效结点荷载图6复杂荷载转化成等效结点荷载隧道二次衬砌直墙部分只承受水平向的均布荷载，故采用均布荷载转化成等效结点荷载的形式，其余均承受复杂荷载。根据《山岭隧道＜荷载结构

5、模式计算方法〉》一节中的论述，均布荷载在结构坐标系下的等效荷载阵列为：xt222smacosasmaql-了12cosa复杂荷载在结构坐标系下的等效荷载阵列为:PeFyiM:F,F.yj+3e2120I7A+3g220-x:去(yr)')2(3冲2)-去(乃-人)2(扣冲2)3e,+7e2-203%+7%20xlx；-x:—(y>_Z)2(2^i+3e2)+—(xy-xi)2(2ql+3q2)oUoU由于划分单元弧长较短、弧度较小，采用微元的思想，将所划分的单元看作直线单元，隧道弧形看作是由许多0.5m的直线组

6、成的折线，在结构坐标系下，单元的倾角从0°逐渐变为90°。根据单元长度以及倾角，依次计算出各个单元在结构坐标系下的坐标，并将坐标和单元在结构坐标系下的倾角代入以上均布荷载转化为等效结点荷载、复杂荷载转化为等效结点荷载阵列屮得到有限元模型的等效结点力。计算结果列表如下：表1各单元结点坐标坐标x/my/m10.4988.35720.9898.28831.4708.17441.9378.01652.3847.81562.8107.57373.2097.29283.5796.97493.9166.622104.2186.2

7、39114.4825.829124.6845.393134.8234.936144.8944.460154.8943.960表2各个单元倾角单元0-11-22-33-44-55-66-77-88-99-1010-1111-12倾角/°5.2910.5715.8621.1526.4431.7237.0142.3047.5852.8758.1666.05单元12-1313-1414-1515-1616-1717-1818-1919-2020-2121-2222-23倾角/°73.9581.859090909090909

8、09090表3y轴左侧各单元两端等效力单元编号Fxi(kN)Fyi(kN)Mi(kN.m)Fxj(kN)Fyj(kN)Mj(kN•m)※丄0.345-30.8632.5630.345-30.863-2.563※21.035-30.4292.5021.035-30.429-2.502※31.710-29.8092.4221.710-29.809-2.422※4