【正文】 相互作用的處理上，大致有三種做法： （ 1） 主動(dòng) 荷載 模型 此模型不考慮圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)在主動(dòng) 荷載 作用下可以自由變形，其計(jì)算原理和地面結(jié)構(gòu)一樣。 （ 4） 被動(dòng)荷載 被動(dòng)荷載即圍巖的彈性抗力，其大小常用以溫克列爾假定為基礎(chǔ)的局部變形理論來確定。但是，一個(gè)單元類型也可注明幾個(gè)實(shí)常數(shù)組。 施加約束和荷載 在施加邊界條件和荷載時(shí)，既可以給實(shí)體模型（關(guān)鍵點(diǎn)、線、面）也可以給有限元模型（節(jié)點(diǎn)和單元）施加邊界條件和荷載。 表 33 物理力學(xué)指標(biāo) 名稱 容重 ? （ 3/mkN ） 彈性 抗 力系數(shù) K（ MPz/m） 彈性模量 E（ GPa） 泊松比 v 內(nèi)摩擦角 ? （。 ? 采用 C30 鋼筋混凝土為襯砌材料。 通過 GUI 為模型中的各區(qū)賦予特性： 選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Areas 點(diǎn)擊模型中要選定的區(qū)域。例如， 梁 單元第 4 章 ANSYS 在隧道工程中的應(yīng)用分析 beam3 有如下 KEYOPTS： KEYOPT(6) 力和力矩輸出設(shè)置 KEYOPT(9) 設(shè)置 輸出節(jié)點(diǎn) I 與 J 之間點(diǎn) 結(jié)果 KEYOPT(10) 設(shè)置 SFNEAM 命令施加線性變化的表面載荷 COMBIN14 彈簧單元有如下 KEYOPTS： KEYOPT(1) 設(shè)置 解類型 KEYOPT(2) 設(shè)置 1D 自由度 KEYOPT(3) 設(shè)置 2D 或 3D 自由度 設(shè)置單元以及其關(guān)鍵選項(xiàng)的方式如下： 命令： ET KEYOPT GUI： Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 圖 32 GUI 圖形界面 過濾 設(shè)置實(shí)常數(shù) 和定義單位 單元實(shí)常數(shù)和單元類型密切相關(guān)，用 R 族命令（如 R， RMODIF 等）或其相應(yīng) GUI 菜單路徑來說明。 進(jìn)行 ANSYS 隧道結(jié)構(gòu)受力分析時(shí)，一般要進(jìn)行計(jì)算以下幾種隧道荷載： （ 1） 圍巖壓力 圍巖壓力是隧道最主要的荷載，主要根據(jù)相關(guān)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。 再借助有限元軟件（如 ANSYS）實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的 受 力分析。 方法二是采用讀起初始應(yīng)力文件的方法。不當(dāng)?shù)氖褂?MPCHG 命令可能會(huì)導(dǎo)致許多問題。當(dāng)用戶根據(jù) ANSYS 計(jì)算結(jié)果（如溫度、應(yīng)力、應(yīng)變）來決定殺死或激活單元時(shí)，用戶可以使用命令來識(shí)別并選擇關(guān)鍵單元。一旦單元被殺死，單元應(yīng)變也就設(shè)為 0。其中最重要的是圍巖的松動(dòng)壓力，支護(hù)結(jié)構(gòu)的自重可按預(yù)先擬定的結(jié)構(gòu)尺寸和材料 重度計(jì)算確定。 內(nèi)容 提要 第 4 章 ANSYS 隧道工程中的應(yīng)用 實(shí)例 分析 本章重點(diǎn) 隧道工程概述 隧道施工 ANSYS 模擬的實(shí)現(xiàn) ANSYS 隧道結(jié)構(gòu) 實(shí)例 分析 ANSYS 隧道 開挖 模擬 實(shí)例分析 本章典型效果圖 第 4 章 ANSYS 隧道工程中的應(yīng)用實(shí)例分析 隧道工程相關(guān)概念 隧道 工程 設(shè)計(jì)模型 國(guó)際隧道學(xué)會(huì)認(rèn)為，目前 采用的隧道設(shè)計(jì)模型主要有以下幾種： ? 以工程類比為主的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 有限元 — 邊界元耦合法則使采用兩種方法的長(zhǎng)處，從而可取得良好的效果。死單元的單元 荷載 將為 0，從而不對(duì) 荷載 向量生效（但任然在單元 荷載 列表中出現(xiàn)）。因?yàn)樵谇蠼馄髦胁荒苌尚聠卧? 此外，用戶可以通過 MPCHG 命令來改變材料特性來殺死或激活單元。 方法一是只考慮巖體的自重應(yīng)力，忽略其構(gòu)造應(yīng)力，在分析的第一步，首先計(jì)算巖體的自重應(yīng)力場(chǎng)。 ANSYS 隧道結(jié)構(gòu)受力 實(shí)例 分析 ANSTS 隧道結(jié)構(gòu)受力分析 步驟 為了保證隧道施工和運(yùn)行時(shí)間的安全性，必須對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析 。 切向 荷載 的存在可以減小 荷載 分布的不均勻程度，從而改善結(jié)構(gòu)的受力情況。 ANSYS 軟件提供了 100 種以上的單元類型，可以用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料，各種不同的單元組合在一起，成為具體的物理問題的抽象模型。 命令： MP GUI： Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 或 Main MenuSolutionLoad Step OptsOtherChange Mat PropsMaterial Models 建立模型 和 劃分網(wǎng)格 創(chuàng)建好物理環(huán)境，就可以建立模型。 命令： ／ POST1 GUI： Main Menu General Postproc 實(shí)例 描述 選取 新建鐵路宜昌（宜）－萬州（萬）鐵路 線上的 別巖槽隧道 某斷面，該斷面 設(shè)計(jì)單位采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖 33 所示 。自重荷載通過 ANSYS 程序直接添加密度施加。 命令： D 施加荷載包括重力以及隧道結(jié)構(gòu)所受到的力。如標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際單位制下，時(shí)間是秒（ s），長(zhǎng)度是米（ m），質(zhì)量是千克（ kg），則導(dǎo)出力的單位是 kg? m/s2（相當(dāng)于牛頓 N），材料的彈性模量單位是 kg/m? s2（相當(dāng)于帕 Pa）。 創(chuàng)建物理環(huán)境 在定義 隧道結(jié)構(gòu)受力分析 問題的物理環(huán)境時(shí)，進(jìn)入 ANSYS 前處理器，建立這個(gè) 隧道結(jié)構(gòu)體的數(shù)學(xué)仿真模型。 因?yàn)樵诜蔷鶆蚍植嫉闹鲃?dòng) 荷載 作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分將發(fā)生向著圍巖方向的變形，只要圍巖具有一定的剛度，就會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反作用力來約束它的變形，這種反作用力稱為彈性抗力。 此外，單元的生死狀態(tài)還可以根據(jù) ANSYS 的計(jì)算結(jié)果（如應(yīng)力或應(yīng)變）來決定。 在 ANSYS 程序中， 就 采用 DruckPrager 屈服準(zhǔn)則，此屈服準(zhǔn)則 是 對(duì) MohrCoulomb 準(zhǔn)則給予近似，以此來修正 Vo nMise 屈服準(zhǔn)則，即在 VonMises 表達(dá)式中包含一個(gè)附加項(xiàng)，該附加項(xiàng)是考慮到靜水壓力可以引起巖土屈服而加入的。 （ 4）如果模型是完全線性的，也就是說除了生死單元，模型不存在接觸單元或其它非線性單元且材料是線性的，則 ANSYS 就采用線性分析 ，因此不會(huì)采用 ANSYS 默認(rèn)（ SOLCONTROL，ON）非線性求解器。此外，除非打開大變形選項(xiàng)（ NLGEOM， ON），一些單元類型將恢復(fù)它們以前的幾何特性（大變形效果有時(shí)了用來得到合