选取新建铁路宜昌（宜）万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面，该断面设计单位 采用的支护结构如图3-3所示。为保证结构的安全性，采用了荷载一结构模型，利用ANSYS 对其进行计算分析。主要参数如下：隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm。采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。隧道围岩是W级,洞跨是5.36米，深埋隧道。 隧道仰拱下承受水压，水压 0.2MPa。图 3-3 隧道支护结构断面图隧道围岩级别是W级,其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表 3-3 所示。表3-3物理力学指标名称容重Y ( kN / m 3)弹性抗力系数K （MPz/m）弹性模量E （GPa）泊松比v内摩擦角 申（。）凝聚力C (MPa)IV级围岩223001.50.32290.35C30钢筋混凝土25-300.2542.42表3-4荷载计算表荷载种类围岩压力结构自重水压N/m3垂直匀布力N/m3水平匀布力N/m3值8022516045通过ANSYS添加200000根据铁路隧道设计规范，可计算出深埋隧道围岩的垂直匀布力和水平匀布力。对于竖 向和水平的分布荷载，其等效节点力分别近似的取节点两相临单元水平或垂直投影长度的一 般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布荷载的总和。自重荷载通过 ANSYS 程序直接添加密度施加。隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向载置换为等效节点力，分解为水平竖直 方向加载。3.3.3 GUI 操作方法3.3.3.1 创建物理环境1）在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher， 得到“ 10.0ANSYS Product Launcher ”对话框。2 ） 选 中 【 File Management ， 在 “ Working Directory ” 栏 输 入 工 作 目 录 “D:ansysexample301,在 “Job Name栏输入文件名 “Support”。3）单击“RUN按钮，进入ANSYS10.0的GUI操作界面。4）过滤图形界面:Main MenuPreferences，弹出“Preferences for GUI Filtering对话 框，选中Structural来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。5）定义工作标题:Utility MenuFile Change Title，在弹出的对话框中输入“Tunnel Support Structural Analysis，单击“OK,如图 3-4 所示。图 3-4 定义工作标题6）定义单元类型：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，弹出 Element Types单元类型对话框，如图3-5所示，单击“Add按钮，弹出“Library of Element Types单元类型库对话框，如图3-6所示。在该对话框左面滚动栏中选择“Beam”，在右边 的滚动栏中选择“2D-elastic 3，单击“Apply,定义了 “Beam3单元。再在左面滚动栏中 选取“Combination，右边的滚动栏中选择“Spring-damper 14，如图3-7所示。然后单击 “OK”按钮，这就定义了 “Combin14单元，最后单击图3-5单元类型对话框中的“Close 按钮。图 3-5 单元类型对话框3-6 定义 Beam3 单元对话框3-7 定义 Combin14 单元对话框7）定义材料属性：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出 “Define Material Model Behavior”对话框，如图3-8所示。在右边的栏中连续双击“StructuralLinearElastiolsotropic”后，又弹出如图 3-9 所示 “Linear Isotropic Properties for MaterialNumber 1”对话框，在该对话框中“EX”后面的输入栏输入“3E10”，在“PRXY”后面的输入栏输入“0.2”，单击“OK”。再在定义材料本构模型对话框选中“Density”并双击，弹 出如图3-10所示“Density for Material Number 1”对话框，在“DENS”后面的栏中输入隧道 衬砌混凝土材料的密度“2500”，再单击“OK”按钮。priatenal Edir PaijarlteMode DefinedtolropliBd FauoritEs谒t Structural 曲 LinserElBBtt發 Orihutropic越 Antsotr口pt曲I Nonlrecr尊 Densitylaal Thermal EpanE-cn iSa DampingErir + j-J图 3-8 定义材料本构模型对话框T1TemperanirsEE：3E10PPXVAdd TenrpratLre Defete TemperatureK匚 an cdTempg-atures.CGhGTL25MAdd TemperatureDelete TemperalireGraphDensity far Material Numter 1 KCancelHeb图 3-9 线弹性材料模型对话框 图 3-10 材料密度输入对话框 最后单击“Materia卜Exit结束，得到结果如图3-11所示。图 3-11 材料属性定义结果8）定义实常数:Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete 弹出“Real Constants实常数对话框，如图3-12所示。单击“Add按钮，弹出如图3-13所示的选择 单元类型对话框，选中“Type 1 BEAM3,单击“0K”按钮，弹出如图3-14所示“Real Constant for BEAM3对话框，在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 “0.65、惯性矩 IZZ “0.022885417、高度 HEIGHT “0.65。图 3-14 定义隧道腰部和顶部 BEAM3 实常数 1 对话框图 3-15 定义隧道仰拱 BEAM3 实常数 2 对话框然后单击“OK”按钮，然后在弹出的对话框中单击“Add”按钮，弹出如图3-13所示 的选择单元类型对话框，选中“Type 1 BEAM3”，单击“OK”按钮，弹出如图3-15所示的对 话框，在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“0.85”、惯性矩IZZ “0.051170833”、高度HEIGHT “0.85”。这是因为隧道衬砌支护仰拱和 腰部及顶部的厚度不同，所以要建立2个BEAM2实常数。然后单击“0K”按钮，在弹出的对话框中单击“Add”按钮，弹出如图3-13所示的选 择单元类型对话框，选中“Type 2 Combin14”,单击“OK”按钮，弹出如图3-16所示“Real Constant Set Number 3 for COMBIN14” 对话框，在“ SPRING CONSTANT ”栏后面输入“30000000”，单击“OK”按钮，弹出如图3-17对话框，最后单击“Close”按钮图3-16 COMBIN14实常数后对话框图 3-17 定义完实常数后对话框Defined RqI Constant SetsReal ConstantsClo：3.3.3.2 建立模型和划分网格1）创建隧道衬砌支护关键点：Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsln Active CS,弹出“Creae Keypoints in Active Cooedinate System” 对话框，如图 3-18 所示。在 “NPT keypoint number栏后面输入“1”，在“X, Y，Z Location in active CS”栏后面输入“（0, 0，0）”,单击“Apply”按钮，这样就创建了关键点1。再依次重复在“NPT keypoint number 栏后面输入 “2、3、4、5、6、7，在对应 “X, Y，Z Location in active CS” 栏后面输入（0， 3.85， 0）、（0.88， 5.5， 0）、（2.45， 6.15， 0）、（4.02， 5.5， 0）、（4.9， 3.85， 0）、（4.9， 0， 0），最后单击“OK”按钮，生成7个关键点，如图3-19所示。QCreate Keypoints in Active Coordinate SystemK Create Keypoints in Active Coordinate System NPT Keypoint numberXjYjZ Location in active CS10Help IOK IApply图 3-18 在当前坐标系创建关键点对话框roiirrsFOIH injllANE拆 J 0Le：0 4:Y图 3-19 隧道支护关键点2）创建隧道衬砌支护线模型：Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesArcsBy End KPs & Rad,弹出如图3-20所示的对话框。在对话框栏中输入关键点“1, 2”,单击“Apply”， 弹出如图3-21所示对话框。在对话框栏中输入关键点“6”，弹出“Arc By End KPs & Rad ” 对话框，如图3-22所示。在“RAD Radius of the arc”栏后面输入弧线半径“8.13”,单击“Apply”按钮，这样就创建了弧线1。* P 1 u3z广LTtj-p c JzC* iii or 1 cr-E! o nL p n .1 v a口 口炉广C i it c J. e匚 Ut UJfl-fc.=oMa.sc i XLLi-Ujj-2Mi ni hlu rn=KeirF Wo _=冷 L X E-t O X 工七UZQ 二MnUsa出严Iticby 1=5 1 K尸 & ./r（： Ky Fr iS & A丄匸坛XJHdp X Clzr=- mgj 丄 c厂 Bo 3=p o_i vcron广 C i it = 1 =zi-i cqaKeirF KT o _F图 3-20 定义弧线两端点对话框图 3-21 定义弧线曲率关键点对话框图 3-22 画弧线对话框重复以上操作步骤，分别把图3-22 对话框栏中空