浅谈ANSYS在大跨度地下车站结构计算中的应用

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1、浅谈ANSYS在大跨度地下车站结构计算中的应用熊健技术应用研究浅谈ANSYS在大跨度地下车站结构计算中的应用熊健(铁道第四勘察设计院城建院武汉430063）【摘要】某火车站为地下三层结构，主体结构跨度大，拟采用型钢混凝土组合梁，用ANSYS有限元对主体结构进行计算。介绍了ANSYS的建模的单元选取、模型建立、计算结果的读取，并进行比较，得出了一些结论，总结了ANSYS在大跨度地下车站结构计算中的一些方法和技巧。【关键词】地下结构ANSYSsolid45shell63地下车站ANSYS是由美国ANSYS公司开发的一种大入到地下工程的结构计算中来。本文结合大跨

2、地型通用有限元分析软件。由于在解决结构、热、流下火车站的设计工作谈谈ANSYS在地下车站结体、电磁、声学等工程问题中的突出表现，使其在构计算中的应用。工程界得到广泛应用。近年来随着城市轨道交通和高速铁路的迅猛发展，以及人们对地下空间的1工程概况开发利用，修建在地下的地下火车站、地铁车站、地下商场不断出现，这些地下工程在给我们带来某高速铁路的火车站为地下三层车站，总长良好的经济效益和社会效益的同时，对于地下工1226m，有两个标准段，标准段宽81.34m，剖面柱间程的设计也提出了很高的要求，设计需要准确的跨度最大达19.5m，纵向柱跨度达12m，底板埋深约计

3、算结果作为设计依据，因此，把ANSYS软件引31.5m。结构标准断面的结构剖面如图1所示。图1结构剖面图铁道勘测与设计RAILWYSURVEYANDDESIGN2007(4)41铁道勘测设计主体的跨度较大，顶板所受的荷载较大，如采的混凝土梁是合适的，以前的计算经验已经证明，用混凝土梁，应截面大，会直接影响建筑净空，因此，不再赘述。对于型钢混凝土组合梁，计算中因为关采用型钢混凝土组合梁，可有效减少梁截面；主体心的是弯矩的分配，型钢混凝土组合梁的截面刚度跨度较大，除设置纵向主梁外，还设置了一定量的是远大于同截面的混凝土梁的，所以必须得把型钢次梁，以减少板的厚度

4、；主体跨度大，对结构抗浮不混凝土组合梁的截面刚度折算成混凝土梁的刚度，利，因此要设置一定量的抗拔桩，一方面满足抗浮按照折算（图3）。计算，另外一方面改善底板的受力。将采用ANSYS软件来进行三维计算，为设计提供依据。2单元选取ANSYS计算中，单元的选取是计算的关键的一步，关系到计算的成败和计算的成本。对于地下箱形的混凝土框架结构，梁、柱、板、侧墙可以采用solid45单元来模拟三维实体，姑且称之为整体单元图3BEAM188几何描述图选取方案；也可以分别用梁单元beam188来模拟梁、柱，板壳单元shell63来模拟板、侧墙，姑且称之SHELL63元素，这

5、是ANSYS的古典板壳元素.为单体单元选取方案。下面我们对solid45、注意，虽然SHELL63是2D的几何形状，但是它是beam188、shell63分别进行分析。布置在3D的空间中，所以板壳结构分析是3D的首先看solid45单元，该单元用于构造三维实问题而不是2D的问题。SHELL63既具有弯曲能体结构.单元通过8个节点来定义，每个节点有3个力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载。沿着xyz方向平移的自由度，单元具有塑性，蠕变，本单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、膨胀，应力强化，大变形和大应变能力。在ANSYSY、Z方向的平动和沿节

6、点坐标系X、Y、Z轴的转计算中，我们用该单元模拟混凝土来构建实体，包动。应力刚化和大变形能力已经考虑在其中（图4）。括梁、板、柱（图2）。图2SOLID45几何描述图图4SHELL63几何描述图Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短从理论上讲，对于混凝土地下箱形结构而言，的梁结构，该单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考梁、柱、板、侧墙采用solid45单元来模拟三维实体，虑了剪切变形的影响。用该单元来模拟地下结构和分别用梁单元beam188来模拟梁、柱，板壳单元42铁道勘测与设计RAILWYSURVEYANDDESIGN2007(4)浅谈ANSYS在大跨

7、度地下车站结构计算中的应用熊健技术应用研究shell63来模拟板、侧墙，这两种单元选取方案都是可行的，本文的目的是寻求最佳方案，这是要讨论的第3建立模型一个问题。对于有地下工程计算来说，在计算主体结构时，何时应考虑围护结构的作用，何时可不考虑采用ANSYS软件进行计算，计算中考虑土体围护结构的作用，不考虑围护结构后对于主体结构自重与水压力作用。图5为荷载模型简图。计算的影响有多大，将是要讨论的第二个问题。图5荷载简图根据计算区域及研究问题的需要，按照整体单按照单体单元选取方案，模型中梁柱均采用元选取方案，模型中梁、柱、板、侧墙、连续墙混凝土beam188单

8、元模拟；二、三层楼板、侧墙、连续墙采用均采用8节点6面体实体单元S