【正文】 隧道仰拱部受到的水壓 按照徑向方向載置換為等效節(jié) 點力 ,分解為水平豎直方向加載。 表 33 物理力學指標 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。最后按照相關(guān)設計規(guī)范進行強度和變形驗算，如果不滿足設計要求，提出相應的參數(shù)修改意見，再進行新的分析。 求解 接著就可以進行求解， ANSYS 程序根據(jù) 現(xiàn)有選項的設置，從數(shù)據(jù)庫獲取模型和載荷信息并進行計算求解，將結(jié)果數(shù)據(jù)寫入到結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫中。 施加約束和荷載 在施加邊界條件和荷載時，既可以給實體模型（關(guān)鍵點、線、面）也可以給有限元模型（節(jié)點和單元）施加邊界條件和荷載。 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 點擊模型中要選定的區(qū)域。 隧道結(jié)構(gòu)受力分析中需要定義隧道混凝土襯砌支護的材料屬性：容重、彈性模量、泊松比、凝聚力以及摩擦角。 命令： /UNITS 定義材料屬性 大多數(shù)單元類型在進 行程序分析時都需要指定材料特性， ANSYS 程序可方便地定義各種材料的特性，如結(jié)構(gòu)材料屬性參數(shù)、熱性能參數(shù)、流體性能參數(shù)和電磁性能參數(shù)等。但是，一個單元類型也可注明幾個實常數(shù)組。例如， 梁 單元第 4 章 ANSYS 在隧道工程中的應用分析 beam3 有如下 KEYOPTS： KEYOPT(6) 力和力矩輸出設置 KEYOPT(9) 設置 輸出節(jié)點 I 與 J 之間點 結(jié)果 KEYOPT(10) 設置 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) 設置 解類型 KEYOPT(2) 設置 1D 自由度 KEYOPT(3) 設置 2D 或 3D 自由度 設置單元以及其關(guān)鍵選項的方式如下： 命令： ET KEYOPT GUI： Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 圖 32 GUI 圖形界面 過濾 設置實常數(shù) 和定義單位 單元實常數(shù)和單元類型密切相關(guān)，用 R 族命令（如 R， RMODIF 等）或其相應 GUI 菜單路徑來說明。 命令： ／ TITLE GUI： Utility MenuFileChange Title 說明單元類型及其選項（ KEYOPT 選項） 與 ANSYS 的其他分析一樣，也要進 行相應的單元選擇。按照以下 幾 個步驟來建立物理環(huán)境： 設置 GUT 菜單過濾 如果你希望通過 GUI 路徑來運行 ANSYS，當 ANSYS 被激活后第一件要做的事情就是選擇菜單路徑： Main MenuPreferences，執(zhí)行上述命令后，彈出一個如圖 32 所示的對話框出現(xiàn)后，選擇 Structural。 （ 4） 被動荷載 被動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。 進行 ANSYS 隧道結(jié)構(gòu)受力分析時，一般要進行計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)隧道設計規(guī)范進行計算。實地量測的 荷載 值包含圍巖的主動壓力和彈性抗力，是圍巖與支護結(jié)構(gòu)相互作用的綜合反映。而支護結(jié)構(gòu)的另一部分則背離圍巖向著隧道內(nèi)變形，不會引起彈性抗力，形成所謂“脫離區(qū)” 。 本步驟主要包含 2 項內(nèi)容： ? 選擇 荷載 — 結(jié)構(gòu)模型 ? 計算 荷載 1． 選擇 荷載 — 結(jié)構(gòu)模型 荷載 — 結(jié)構(gòu)模型雖然都是以承受巖體松動、崩塌而產(chǎn)生的豎向和側(cè)向主動壓力為主要特征，但對圍巖與支護結(jié)構(gòu)相互作用的處理上，大致有三種做法： （ 1） 主動 荷載 模型 此模型不考慮圍巖與支護結(jié)構(gòu)的相互作用，因此，支護結(jié)構(gòu)在主動 荷載 作用下可以自由變形，其計算原理和地面結(jié)構(gòu)一樣。 再借助有限元軟件（如 ANSYS）實現(xiàn)對隧道結(jié)構(gòu)的 受 力分析。在前一個施工完成后，便可以直接進行下一道工序的施工，即再殺死單元（開挖）和激活單元（支護），再求解，重復步驟直至施工結(jié)束。例如，在模擬過程中，用戶可以將超過允許應力或允許應變 的單元殺死，模擬圍巖或結(jié)構(gòu)的破壞。 第 4 章 ANSYS 隧道工程中的應用實例分析 開挖與支護 及連續(xù)施工 的實現(xiàn) 根據(jù) 所介紹單元生死 可以實現(xiàn)材料的消除與添加，而隧道的開挖與支護正好比材料的消除與支護，因此可以在 ANSYS 中用單元生死來實現(xiàn)隧道開挖與支護的模擬。 方法二是采用讀起初始應力文件的方法。在 ANSYS 中，可以有兩種方法實現(xiàn)初始地應力的模擬。其流動準則既可以使用相關(guān)流動準則，也可以使用不相關(guān)流動準則，其屈服面并不隨著材料的逐漸屈服而改變，因此沒有強化準則，然而其屈服強度隨著側(cè)限壓力（靜水壓力）的增加而相應增加 ，其塑性行為被假定為理想塑性 。 DP 材料模型 巖石、混凝土和土壤等材料都屬于 顆粒狀材料，這類材料受壓屈服強度遠大于受拉屈服強度，且材料受剪 時，顆粒會膨脹，常用的 VonMise 屈服準則不適合此類材料。不當?shù)氖褂?MPCHG 命令可能會導致許多問題。多 荷載 步生死單元分析必須采用一系列 SOLVE 命令來實現(xiàn)。 （ 5） 在進行包含單元生死的分析中，打開全牛頓 拉夫森選項的自適應下降選項將產(chǎn)生很好的效果。當節(jié)點不與活動單元相連時，不活動自由度就會出現(xiàn)。當用戶根據(jù) ANSYS 計算結(jié)果（如溫度、應力、應變）來決定殺死或激活單元時，用戶可以使用命令來識別并選擇關(guān)鍵單元。這個過程可包括以下 3 個步驟： 1. 建立模型 在前處理器 PREP7 中生成所有的單元，包括那些只有在以后 荷載 步中激活的單元。如果其承受熱量體 荷載 ，單元在第 4 章 ANSYS 在隧道工程中的應用分析 被激活后第一個求解過程中同樣可以有熱應變。 當一個單元 被重新激活時，其剛度、質(zhì)量、單元 荷載 等將恢復其原始的數(shù)值。一旦單元被殺死，單元應變也就設為 0。因子的 默認值為 10E6，也可以賦予其他數(shù)值。 第 4 章 ANSYS 隧道工程中的應用實例分析 表 31 ANSYS 中具有生死功能的單元 LINK1 BEAM24 SHELL57 PLANE83 SURF152