交通土木建筑工程---工程課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計概況1</p><p>　　一、工程地質(zhì)概況1</p><p><b>　　二、隧道概況1</b></p><p><b>　　三、設(shè)計過程2</b></p><p>

2、　　第二章 荷載計算2</p><p><b>　　一、永久荷載2</b></p><p><b>　　二、可變荷載3</b></p><p><b>　　三、荷載組合4</b></p><p>　　第三章 建立模型5</p><p>　　

3、一、建立明挖隧道模型5</p><p>　　二、定義邊界條件5</p><p><b>　　三、施加荷載5</b></p><p>　　第四章 分析工況7</p><p>　　第五章 感想10</p><p><b>　　附錄11</b></p>

4、<p>　　附表一 各單元內(nèi)力輸出值11</p><p>　　附圖一 荷載分布圖13</p><p>　　附圖二 明挖隧道襯砌劃分單元建模圖14</p><p>　　附圖三 軸力圖（Midas GTS）15</p><p>　　附圖四 彎矩圖（Midas GTS）16</p><p>　

5、　附圖五 剪力圖（Midas GTS）17</p><p>　　附圖六 軸力圖（Auto CAD）18</p><p>　　附圖七 彎矩圖（Auto CAD）19</p><p>　　附圖八 剪力圖（Auto CAD）20</p><p><b>　　設(shè)計概況</b></p><p&g

6、t;<b>　　工程地質(zhì)概況</b></p><p>　　線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀(jì)地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜填土、粉土、細(xì)砂、圓礫土、粉質(zhì)粘土、卵石土。其主要物理力學(xué)指標(biāo)如表一。</p><p>　　表一 各層土的物理力學(xué)指標(biāo)</p><p><b>　　隧道概況</b></p>

7、<p>　　隧道頂部埋深6m；采用明挖法施工；地下水位在地面以下4m處。隧道斷面形式和隧道埋深及土層情況見圖一。</p><p>　　圖一 隧道埋深及土層分布圖（單位：m）</p><p><b>　　設(shè)計過程</b></p><p>　　根據(jù)給定的隧道或車站埋深判斷結(jié)構(gòu)深、淺埋；</p><p>　　計

8、算作用在結(jié)構(gòu)上的荷載（僅按使用階段考慮）；</p><p>　　進(jìn)行荷載組合，只按照基本組合構(gòu)件計算（1.35×永久荷載＋1.3×可變荷載）；</p><p><b>　　繪出結(jié)構(gòu)荷載圖；</b></p><p>　　利用ANSYS或Sap或Midas程序計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，繪出結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（彎矩圖、軸力圖和剪力圖）；</p&

9、gt;<p><b>　　提交完整的設(shè)計書。</b></p><p><b>　　荷載計算</b></p><p><b>　　永久荷載</b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)自重</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)自重可以由Midas GT

10、S軟件在工況分析時激活，所以只需定義梁單元的材料特性，就可以在結(jié)構(gòu)計算中激活自重荷載，這里就不做計算。</p><p><b>　　圍巖壓力</b></p><p>　　地下結(jié)構(gòu)的埋深小于天然拱高度，判斷該明挖隧道為極淺埋。出于安全考慮，所有土壓力采用水土分算法，不考慮粘聚力對側(cè)向土壓力的影響，側(cè)向土壓力按郎肯主動土壓力計算。</p><p>

11、<b>　　（1）豎向圍巖壓力</b></p><p><b>　?。?）側(cè)向圍巖壓力</b></p><p><b>　　水壓力</b></p><p><b>　?。?）豎向水壓力</b></p><p>　　隧道頂部豎直向下水壓力：</p>

12、;<p>　　隧道底部豎直向上水壓力：</p><p><b>　　（2）側(cè)向水壓力</b></p><p><b>　　可變荷載</b></p><p><b>　　地面超載</b></p><p><b>　　(1)豎向地面超載</b>&

13、lt;/p><p>　　地面超載引起的側(cè)向壓力</p><p><b>　　車輛荷載</b></p><p><b>　　荷載組合</b></p><p>　　在Midas GTS軟件中，可以對不同的荷載進(jìn)行組合成為荷載組。為了建模分析的簡便，防止在荷載組合時出錯，在這里直接計算除自重荷載外所有荷載組合

14、后的最終荷載，自重荷載在軟件中再進(jìn)行組合。</p><p>　　按照組合值，最終確定該明挖隧道的荷載分布圖如圖二所示。</p><p><b>　　圖二 荷載分布圖</b></p><p><b>　　建立模型</b></p><p><b>　　建立明挖隧道模型</b>&l

15、t;/p><p>　　首先在Midas GTS中建立工程，由于明挖隧道的中間墻和頂板和側(cè)墻底板的幾何尺寸都不相同，所以定義了三種截面形式。襯砌使用C30混凝土，定義材料的特性。將隧道襯砌的中心線在Auto CAD中生成dxf文件，然后導(dǎo)入工程中，就生成了隧道襯砌的中線圖。將隧道中心線劃分為76個梁單元，共75個節(jié)點。定義單元的材料截面特性。最終建立明挖隧道模型如圖三示。</p><p>　　圖

16、三 明挖隧道襯砌劃分單元建模圖</p><p><b>　　定義邊界條件</b></p><p>　　利用曲面彈簧功能定義模型的邊界條件，選擇賦予地基彈簧的節(jié)點后輸入相應(yīng)的地基反力系數(shù)，就可以模擬隧道在向外側(cè)變形時圍巖提供的反力。由于隧道在變形時頂板向內(nèi)側(cè)變形，圍巖土體不能提供拉應(yīng)力，所以只對底板和側(cè)壁以地基彈簧輸入邊界條件進(jìn)行分析。</p><

17、p>　　該明挖隧道穿過兩層土體，所以在對側(cè)墻建立地基彈簧時要根據(jù)不同的土體建立不同反力系數(shù)的地基彈簧。</p><p>　　所有的地基彈簧都定義為只受壓，即隧道襯砌向內(nèi)側(cè)變形不提供地基反力。</p><p>　　該模型是左右對稱加載土壓力，所以中間墻體不需要定義X方向的邊界條件，但是為了防止分析時產(chǎn)生數(shù)值誤差，要定義中間墻體的X方向上的邊界條件。定義邊界條件后的模型如圖四所示。<

18、;/p><p>　　圖四 明挖隧道定義邊界條件建模圖</p><p><b>　　施加荷載</b></p><p><b>　　定義結(jié)構(gòu)的自重。</b></p><p><b>　　輸入水平方向壓力。</b></p><p><b>　　輸入豎直

19、方向壓力。</b></p><p>　　對自重進(jìn)行荷載乘以1.35荷載組合系數(shù)，其余荷載均乘以1.0（因為荷載圖示計算時已經(jīng)進(jìn)行過組合），最終建立荷載組合模型。</p><p>　　由于在荷載計算時（除結(jié)構(gòu)自重）已經(jīng)考慮了荷載組合，在施加荷載時就只需對自重荷載進(jìn)行組合，對模型施加完荷載后如圖五所示。</p><p>　　圖五 明挖隧道施加荷載建模圖&l

20、t;/p><p><b>　　分析工況</b></p><p>　　選擇分析工況，并激活荷載組，進(jìn)行分析。</p><p>　　圖六 明挖隧道分析工況激活單元、邊界、荷載</p><p>　　分析結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖七 軸力圖（最大軸力為1116.16kN）</p>

21、<p>　　圖八 彎矩圖（最大彎矩為439.369kN·m）</p><p>　　圖九 剪力圖（最大剪力為554.883kN）</p><p>　　將各單元內(nèi)力輸出以表格的形式詳見附表一，根據(jù)單元的內(nèi)力值，在Auto CAD上重新繪制內(nèi)力圖如下圖所示：</p><p>　　圖十 軸力圖（最大軸力為1116.16kN）</p>

22、<p>　　圖十一 彎矩圖（最大彎矩為439.369kN·m）</p><p>　　圖十二 剪力圖（最大剪力為554.883kN）</p><p><b>　　感想</b></p><p>　　首先感謝劉老師的耐心教導(dǎo)，我對《地下工程》這門課有了深入的了解。經(jīng)過幾周的課程設(shè)計，我基本掌握了Midas GTS的模型建立

23、、邊界定義、荷載施加、工況分析等操作，這讓我收獲很多。</p><p>　　我覺得本次課程設(shè)計最難的環(huán)節(jié)便是軟件的學(xué)習(xí)，我使用了劉老師傳授給我們的方法：不要從基本學(xué)起，一開始就試著去分析襯砌內(nèi)力，有不會的再去查詢指南。我在開始時就照著例題嘗試著分析了一個盾構(gòu)隧道，雖然只分析了一種壓力，地基彈簧也都定義成為同一種彈簧，就是在這簡單的分析中逐漸掌握了軟件的基本使用方法。結(jié)合第一次的經(jīng)驗，我很快就建立了課程設(shè)計中明挖隧