midas-GTS-NX-地铁、隧道专题PPT课件.pptx

midasGTSNX岩土和隧道有限元分析软件V200 北京迈达斯技术有限公司技术中心邓成豪 地铁 隧道专题 2015 NO 1芬兰 赫尔辛基地铁地铁工程 工程说明 工程包括14km隧道 7个车站和大约300万m3岩料 挖掘 隧道和车站通过挖掘和爆破形式实现 支护形式采用喷锚结构 赫尔辛基地铁站和区间线部分位于海平面以下 地铁线多段位于市区 建有高层建筑及重要结构物 下方 NO 1芬兰 赫尔辛基地铁地铁工程 位移云图 车站 管线 荷载计算模型 工程说明 为了确保直径线预埋段二次衬砌施工的安全性 对预埋段的支撑拆除进行了施工力学分析 计算的主要目的是分析支撑拆除过程中边桩和未拆除的支撑 柱 的稳定性 以确保施工过程中的安全 施工工况 1 拆除该段的临时柱或临时竖向支撑 2 施工该段的仰拱 3 拆除该段的水平支撑 4 施工边墙和顶板 NO 2某车站临时结构拆除过程影响地铁工程 断面图 临时结构计算模型 NO 2某车站临时结构拆除过程影响 拆除竖撑竖向位移 8 12mm 施作仰拱竖向位移 9 91mm 拆除横撑竖向位移 9 73mm 施作边墙竖向位移 12 44mm NO 2某车站临时结构拆除过程影响地铁工程 桩的侧向位移 边桩和支撑弯矩 边桩和支撑轴力 NO 3某地铁车站PBA工法施工模拟地铁工程 工程说明 某地铁线区间为大跨段 采用PBA工法施工 大跨段PBA工法结构断面如图2所示 区间结构埋深约7 6m 开挖面净跨15 4m 高10 405m 两侧小导洞净跨3 6m 小导洞内施作 1200 2000人工挖孔桩 拱顶施作 159 10大管棚 分部开挖扣拱 下挖至底板后由下而上顺作二衬 沿区间隧道走向 结构上部有多条管线 侧向有一小型隧道 受影响较大的有 1000雨水管 距导洞拱顶径向距离为7 8m 1400上水管 距主洞拱顶径向距离为6 0m 700 500电信 距主洞拱顶径向距离为6 8m 800上水管 距导洞拱顶径向距离为9 7m 1800 2300电力隧道 距导洞拱顶径向距离为9 1m 还有一些直径较小的天然气管和上水管 区间隧道与管线及小型隧道的位置关系如左图所示 PBA工法结构断面及地层分布 单位 mm NO 3某地铁车站PBA工法施工模拟地铁工程 GTS计算模型 二衬与管线位置关系图 NO 3某地铁车站PBA工法施工模拟地铁工程 主洞二衬完成后的地表沉降45 75mm 主洞二衬完成后的管线沉降 电力隧道2 41mm 电力隧道 NO 3某地铁车站PBA工法施工模拟地铁工程 主洞二衬完成后的支护结构沉降主洞初支 74mm边桩 11mm PBA工法 二衬顺作 边桩水平位移 最大值10mm NO 3某地铁车站PBA工法施工模拟地铁工程 弯矩305KNm PBA工法 二衬顺作 边桩内力 剪力323KN 轴力2792KN NO 4某地铁车站地震动响应分析地铁工程 工程说明 某地铁工程 考虑地震动对车站的影响 需要进行动力计算 场地地震等级为E2 重现年期475年 对应概率水准为50年超越概率10 的设计地震动参数 计算模型各土层所采用参数参考相应勘察报告 计算采用三维地层 结构动力相互作用模型 计算模型的侧面人工边界距地下结构的距离为64 35m 底面人工边界宜取至结构底板以下15m 上部边界取至地表 模型尺寸为 250 150 45 模型边界为粘弹性吸收边界 其计算模型及结果如下 计算模型 NO 4某地铁车站地震动响应分析地铁工程 GTS计算结果 NO 4某地铁车站地震动响应分析地铁工程 典型断面 绝对位移 断面1 说明 为进一步分析车站穿越不均匀地层时地震反应 分别对车站结构纵向及横各进行构件分析 此报告中 只选取横向结构某一截面 典型断面1 计算结果 NO 4某地铁车站地震动响应分析地铁工程 地震工况有水弯矩 地震工况有水剪力 说明 通过读取所选择断面的横向位移 将时程分析得到的结构相对变形 取结构底板处变形为0 采用荷载 位移 结构模型 对各构件进行强度验算 NO 5凤凰山隧道隧道工程 工程说明 隧道全长175m 其中暗洞段长143m 属短隧道 隧道最大埋深23m 地质条件为 级围岩 最大开挖跨度32 2m 属软弱围岩大跨隧道 NO 5凤凰山隧道隧道工程 荷载结构法计算模型 二衬水平变形 二衬弯矩 中隔墙竖向位移 中隔墙水平位移 NO 5凤凰山隧道隧道工程 地层损失法计算模型 第一主应力 地层竖向位移 第三主应力 NO 6盾构数值模拟隧道工程 工程说明 某隧道 马德里30公里处 TBM EPB技术应用 主要目的是介绍一种基于有限元理论的3D数值计算方法 该方法主要用来预测TBM掘进过程中的影响 NO 6盾构数值模拟隧道工程 隧道 地铁结构设计方法及NX实现 IntegratedSolutionforGeotechnicalandTunnelEngineerings 地下建筑结构的设计计算方法一般分类 我国设计计算方法一般分以下4类 工程类比法 严格说并非计算方法 荷载结构法 主动荷载 主动荷载 弹性抗力地层结构法 共同承载 连续介质理论 收敛限制法 属地层结构法 弹塑 粘性理论 数值法 解析法可用于上列后3种方法的任意一种 计算模型 平面模型 空间模型 IntegratedSolutionforGeotechnicalandTunnelEngineerings 荷载结构法的定义 荷载结构法认为 地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载 包括主动地层压力和被动地层抗力 以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法称为荷载 结构法 该方法有时又称为结构力学法 边界条件注意事项 在节点的六个自由度方向 三个轴向的位移和三个转角位移方向 上都可以输入弹性支承单元 其中 平移刚度为发生单位位移时所施加的力的大小 转角刚度是发生单位转角时所施加的弯矩的大小 点弹簧主要用于模拟模型边界上没有建模的那部分土体或结构的影响 在实际工程中 平移支承通常用来模拟结构下部桩 Pile 或地基的刚度 地基弹簧系数可使用地基基床系数 ModulusofSubgradeReaction 乘以相应节点的从属面积 TributaryArea 计算而得 应该注意地基只能抵抗压力的作用 IntegratedSolutionforGeotechnicalandTunnelEngineerings 如下图所示 在边长度为5m的两个正方形单元边界上建立面弹簧 当输入100tonf m3的地基反力系数时 第一个节点和最后一个节点的有效面积为2 5m2 中间节点的有效面积是5m2 弹簧刚度为地基反力系数乘以有效面积 自动计算的两端节点和中间的弹簧刚度分别为250tonf m 500tonf m 3 25 2020 28 IntegratedSolutionforGeotechnicalandTunnelEngineerings 3 25 2020 29 IntegratedSolutionforGeotechnicalandTunnelEngineerings 曲面弹簧可以自动生成固定约束边界条件 而弹性连接 还要自己手动生成 仅压 仅拉弹簧不可以做施工阶段分析 而一般弹簧可以做施工阶段分析 做施工阶段分析时可采用一般弹簧代替仅压 仅拉弹簧 x向弹簧常量设为既定值 其余弹簧常量设为0 做结构荷载法分析时 用仅压 仅拉弹簧要注意结构是不是非稳定情况 如图6所示要在合适的位置加一x向约束 3 25 2020 30 IntegratedSolutionforGeotechnicalandTunnelEngineerings 与地层结构法的区别 地层结构法 由于地层结构法相对荷载结构法 充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用 结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际 因此 在今后的研究和发展中地层结构法将得到广泛应用和发展 适用性强 各种地层 洞室 非线性 施工过程等 缺点 本构关系难以准确给出 输入参数不正确 则