荷载结构法计算公路隧道命令流

荷载－结构法计算公路隧道命令流Sd.mac!荷载－结构模型的ANSYS分析!0.ANSYS环境设定

finish/clear/com,strucral/title,StudyonConstructionMechanicalBehaviorofxxtunnel!一前处理!1.参数定义DefineParameter!2.实体建模GenModel!3.划分网格GenGrid!4.生成部件GenCom!5.改变梁单元圆弧段的法线方向ReverseArc!6.计算等效节点荷载LoadTunnel!二加载与求解Calculate!三计算结果分析PostDefineParameter.mac!1.参数定义!(1)常数设定!设置角度单位!设置角度单位为弧度*afun,rad!弧度转角度因子PI=acos(-1)RadToDeg=180/PIDegToRad=PI/180!设置角度单位为度*afun,degg=10!(2)几何参数设定本程序中原点取为隧道衬砌中心线与起拱线交点!隧道衬砌内轮廓拱部圆弧圆心x_1=0y_1=0!隧道衬砌内轮廓拱部圆弧半径R_1=5.7!隧道衬砌内轮廓拱部圆弧对应圆心角(Pphi_1=180!隧道衬砌内轮廓拱部圆弧网格划分份数num_1=12!隧道衬砌内轮廓边墙部位圆弧圆心x_2=-2.5y_2=0!隧道衬砌内轮廓边墙部位圆弧半径R_2=8.2!隧道衬砌内轮廓边墙部位对应圆心角phi_2=17.7508隧道衬砌内轮廓边墙上部圆弧网格划分份数num_2=4!隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧圆心x_3=4.35722y_3=-0.2-1.995!隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧半径R_3=1!隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧对应圆心角phi_3=53.2492隧道衬砌内轮廓拱脚部位圆弧网格划分份数num_3=2!隧道衬砌内轮廓仰拱圆心x_4=0y_4=12.454-1.995!隧道衬砌内轮廓仰拱半径R_4=14.383!隧道衬砌内轮廓仰拱部位圆弧对应圆心角phi_4=38!隧道衬砌内轮廓仰拱部位圆弧网格划分份数

num_4=6!隧道半衬砌网格划分份数

num_totle=num_1+num_2+num_3+num_4!二次衬砌厚度

T_SecLin=0.55

!二次衬砌面积

A_SecLin=1*T_SecLin

!二次衬砌惯性矩

I_SecLin=T_SecLin**3/12!二次衬砌中钢筋纵距D_Steel_z=0.2!每米二次衬砌中钢筋根数N_Steel=2*1/D_Steel_z!①22钢筋面积A_Steel=N_Steel*380*1e-6!弹性链杆(面积)A_link=1!隧道单洞开挖最大宽度

B=2*R_1!隧道单洞开挖最大高度H=(R_1+y_1)+(R_4-y_4)!隧道埋深,mh_Tunnel=15!(3)材料参数设定!二次衬砌材料参数：C30砼!二次衬砌密度,kg/m"3DENS_SecLin=2.5e3!二次衬砌泊松比U_SecLin=0.2!C30混凝土弹性模量，PaE_Concrete=31e9!钢材弹性模量，PaE_Steel=210e9!二次衬砌弹性模量，PaE_SecLin=E_Concrete+E_Steel*A_Steel/A_SecLin!围岩参数!围岩重度Y，N/m"3

r_Rock=20.8e3!围岩密度,kg/m"3DENS_Rock=r_Rock/g!土的泊松比uU_Rock=0.35!围岩弹性抗力系数(Pa/m)

k_Rock=150e6!土的侧压力系数入lambda_Rock=0.28!计算弹性链杆折算弹性模量，Pa!节点对应衬砌长度!l=(l1+l2)/2!E_Rock=k1*l!(4)定义单元类型!进入前处理器/prep7!定义梁单元et,1,beam3!定义链杆单元

et,2,link10!设为只受压

keyopt,2,3,1!(5)定义实常数定义梁单元的面积、惯性矩和梁高r,1,A_SecLin,I_SecLin,T_SecLin!定义链杆单元的实常数(面积)

r,2,A_link!(6)定义材料属性!二次衬砌材料属性,C30mp,ex,1,E_SecLinmp,prxy,1,U_SecLin

mp,dens,1,DENS_SecLin

!链杆单元属性!mp,ex,2,E_RockGenModel.mac!2.实体建模!(1)显示设置!显示点，线，面的编号/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1!生成二次衬砌中心线内轮廓profile,T_SecLin/2

合并重合的关键点和线并压缩编号

nummrg,all

numcmp,alllplot!显示点，线，面的编号/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,0Profile.mac!建立隧道轮廓几何模型!设置所建轮廓与隧道内轮廓距离

Dis=ARG1!取得当前关键点最大编号

*get,Kmax,kp,,num,max!取得当前线最大编号*get,Lmax,line,,num,max!恢复默认坐标系csys,0!工作平面与当前坐标系重合

wpcsys!工作平面偏移

wpoffs,x_1,y_1!在工作平面处建立11号局部坐标系cswpla,11,1!生成关键点k,Kmax+1,r_1+Dis,90k,Kmax+2,r_1+Dis,90-phi_1/2!生成隧道初期支护拱部圆弧l,Kmax+1,Kmax+2!恢复默认坐标系csys,0!工作平面与当前坐标系重合wpcsys!工作平面偏移wpoffs,x_2,y_2!在工作平面处建立12号局部坐标系cswpla,12,1!生成关键点k,Kmax+3,r_2+Dis,-phi_2l,Kmax+2,Kmax+3!恢复默认坐标系csys,0!工作平面与当前坐标系重合wpcsys!工作平面偏移wpoffs,x_4,y_4!在工作平面处建立13号局部坐标系cswpla,13,1!生成关键点k,Kmax+4,r_4+Dis,-(90-phi_4/2)k,Kmax+5,r_4+Dis,-90l,Kmax+4,Kmax+5!恢复默认坐标系csys,0!工作平面与当前坐标系重合wpcsys!工作平面偏移wpoffs,x_3,y_3!在工作平面处建立14号局部坐标系

cswpla,14,1!生成线

l,Kmax+3,Kmax+4

!恢复默认坐标系csys,0!工作平面与当前坐标系重合wpcsys!合并重合的关键点和线并压缩编号

nummrg,all

numcmp,all!自动调整大小/auto,1GenGrid.mac!3.划分网格!(1)划分隧道二次衬砌线单元!梁单元划分!设置单元类型type,1!设置实常数real,1!设置材料属性mat,1!<1>划分二次衬砌拱部圆弧线单元!选择线

lsel,s,line,,1!设置线的划分段数lesize,all,,,num_1!划分线lmesh,all

allsel,all!<2>划分二次衬砌边墙圆弧线单元

!选择线lsel,s,line,,2!设置线的划分段数lesize,all,,,num_2!划分线lmesh,allallsel,all!<3>划分二次衬砌拱脚部位圆弧线单元!选择线

lsel,s,line,,4!设置线的划分段数lesize,all,,,num_3!划分线lmesh,allallsel,all!<4>划分二次衬砌仰拱部位圆弧线单元!选择线

lsel,s,line,,3!设置线的划分段数lesize,all,,,num_4!划分线lmesh,allallsel,all!<5>反射线lsymm,x,all,,,,0,0allsel,all!合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,all!(2)生成弹性链杆外缘节点!<1>生成拱部圆弧对应弹性链杆外缘节点!选择线

lsel,s,line,,1,5,4!选择所选线上的节点nsll,r,1!切换坐标系csys,11!平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0allsel,all!恢复默认坐标系csys,0!<2>生成边墙部位圆弧对应弹性链杆外缘节点!生成边墙右上部圆弧对应弹性链杆外缘节点!选择线lsel,s,line,,2!选择所选线上的节点

nsll,r,1!切换坐标系csys,12!平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0

allsel,all!恢复默认坐标系csys,0!生成边墙左上部圆弧对应弹性链杆外缘节点!选择线lsel,s,line,,6!选择所选线上的节点nsll,r,1!工作平面与当前坐标系重合

wpcsys!工作平面偏移wpoffs,-x_2,y_2!在工作平面处建立16号局部坐标系

cswpla,16,1!平移所选节点

ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0

allsel,all!恢复默认坐标系csys,0!<3>生成拱脚部位圆弧对应弹性链杆外缘节点

!生成右拱脚部位圆弧对应弹性链杆外缘节点

!选择线lsel,s,line,,4!选择所选线上的节点

nsll,r,1!切换坐标系csys,14!平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0

allsel,all!恢复默认坐标系csys,0!生成左拱脚部位圆弧对应弹性链杆外缘节点!选择线lsel,s,line,,8!选择所选线上的节点nsll,r,1!工作平面与当前坐标系重合

wpcsys!工作平面偏移wpoffs,-x_3,y_3!在工作平面处建立15号局部坐标系

cswpla,15,1!平移所选节点

ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0

allsel,all!恢复默认坐标系csys,0!工作平面与当前坐标系重合wpcsys!<4>生成仰拱部位圆弧对应弹性链杆外缘节点!选择线lsel,s,line,,3,7,4!选择所选线上的节点

nsll,r,1!切换坐标系csys,13!平移所选节点ngen,2,2*num_totle,all,,,1,0!恢复默认坐标系csys,0allsel,all!合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,allnumcmp,all!(3)生成弹性链杆单元GenLinkGenLink.mac!计算弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元!弹性链杆单元划分!设置单元类型type,2!设置实常数real,2!(1)计算右侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元!选择弹性链杆内缘节点!选择线lsel,s,line,,1,4,1!选择所选线上的节点nsll,r,1nplot!读取所选取节点总数*get,Nnum,node,0,count!切换坐标系csys,11node_Last=0node_Cur=node(R_1+T_SecLin,90,0)

node_Next=nnear(node_Cur)!恢复默认坐标系csys,0!循环计算右侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元*do,i,1,Nnum!计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度!计算当前节点处弹性链杆对应上侧衬砌单元长度*if,i,eq,1,thenl_Last=distnd(node_Cur,node_Next)*elsel_Last=distnd(node_Last,node_Cur)*endif!计算当前节点处弹性链杆对应下侧衬砌单元长度*if,i,eq,Nnum,thenl_Next=distnd(node_Last,node_Cur)*elsel_Next=distnd(node_Cur,node_Next)*endif!计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度

l_Cur=(l_Last+l_Next)/2!计算弹性链杆折算弹性模量，Pa!N=k*x!N=E*£*A=E*(x/l)*AE_Rock=k_Rock*l_Cur/A_link!定义链杆单元属性mp,ex,i+1,E_Rock!设置材料属性mat,i+1!生成链杆单元

e,node_Cur,node_Cur+2*num_totle!从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Last=node_Cur

node_Cur=node_Next

node_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all(2)计算左侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元!选择弹性链杆内缘节点!选择线lsel,s,line,,5,8,1!选择所选线上的节点nsll,r,1nplot!读取所选取节点总数*get,Nnum,node,0,count!切换坐标系csys,11node_Last=0node_Cur=node(R_1+T_SecLin,90,0)node_Next=nnear(node_Cur)!恢复默认坐标系csys,0!循环计算左侧弹性链杆的折算弹性模量并生成弹性链杆单元*do,i,1,Nnum-1*if,i,ne,1,then!计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度!计算当前节点处弹性链杆对应上侧衬砌单元长度l_Last=distnd(node_Last,node_Cur)!计算当前节点处弹性链杆对应下侧衬砌单元长度l_Next=distnd(node_Cur,node_Next)!计算当前节点处弹性链杆对应围岩环向等效长度l_Cur=(l_Last+l_Next)/2!计算弹性链杆折算弹性模量，Pa!N=k*x!N=E*£*A=E*(x/l)*AE_Rock=k_Rock*l_Cur/A_link!定义链杆单元属性mp,ex,i+num_totle+2,E_Rock!设置材料属性mat,i+num_totle+2!生成链杆单元e,node_Cur,node_Cur+2*num_totle*endif!从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Last=node_Curnode_Cur=node_Next

node_Next=nnear(node_Next)*enddo!删除临时参数

l_Last=

l_Cur=

l_Next=node_Last=

node_Cur=

node_Next=Nnum=

allsel,all!合并重合的关键点和线并压缩编号nummrg,all

numcmp,all!显示节点的编号

/pnum,node,1eplotGenCom.mac!4.生成部件与组件!(1)生成二次衬砌节点组件!选择梁单元

esel,s,type,,1!选择梁单元上的节点

nsle,r!生成部件cm,CM_Beam_node,node

allsel,all!切换到极坐标系

csys,2!<1>生成二次衬砌右上侧节点组件!选择部件

cmsel,s,CM_Beam_node!选择节点

nsel,r,loc,y,0,90!生成部件cm,CM_Beam_Rig_Top_node,nodeallsel,all!<2>生成二次衬砌左上侧节点组件!选择部件

cmsel,s,CM_Beam_node!选择节点nsel,r,loc,y,90,180!生成部件cm,CM_Beam_Lef_Top_node,nodeallsel,all!<3>生成二次衬砌左下侧节点组件!选择部件

cmsel,s,CM_Beam_node!选择节点nsel,r,loc,y,180,270!生成部件cm,CM_Beam_Lef_Bot_node,nodeallsel,all!<4>生成二次衬砌右下侧节点组件!选择部件

cmsel,s,CM_Beam_node!选择节点

nsel,r,loc,y,0,-90!生成部件cm,CM_Beam_Rig_Bot_node,nodeallsel,all!恢复默认坐标系csys,0!(2)生成弹性链杆外缘节点组件!选择部件cmsel,s,CM_Beam_node!反向选择

nsel,inve!生成部件cm,CM_Link_outside_node,nodeallsel,allReverseArc.mac!6.改变梁单元圆弧段的法线方向

改变隧道左侧初期支护圆弧段的法线方向

!选择线

lsel,s,loc,x,0,-B

lreverse,all,0

allsel,all!显示线

lplotLoadTunnel.mac!6.计算等效节点荷载!二次衬砌分担荷载比例系数

factor=1!(1)计算隧道荷载

!计算上侧竖直荷载

Pressure_Top=435.8e3!计算下侧竖直荷载

Pressure_Bot=0!计算上侧水平荷载Pressure_Top_Hor=179.2e3!计算下侧水平荷载Pressure_Bot_Hor=239.1e3!(2)计算等效节点荷载

LoadNodeLoadNode.mac!计算等效节点荷载并写入文件!(1)定义数组变量贮存节点号和等效节点荷载allsel,all!选择所有衬砌节点cmsel,s,CM_Beam_node!读取所选取节点总数*get,Nnum,node,0,count!读取所选取节点中最小节点号*get,Nmin,node,0,num,min!定义一个Nnum行4列的数组!数组第1列储存节点号*dim,P,array,Nnum,4,1!令node_Cur等于所选取节点中最小节点号node_Cur=Nmin保存节点号*do,i,1,Nnum保存当前节点号P(i,1)=node_Cur!令K等于下一个所选取节点号node_Cur=ndnext(node_Cur)*enddoallsel,all!(2)计算上侧等效节点荷载!选择衬砌上侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Top_nodenplot!读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count!切换坐标系csys,11!取得当前节点号node_Cur=node(R_1+T_SecLin/2,0,0)!恢复默认坐标系csys,0

!取得所选节点中与当前节点相邻的节点号

node_Next=nnear(node_Cur)

*do,i,1,Nnum_Cur-1

!计算节点node_Cur在数组P中的位置

*do,j,1,Nnum

*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif

*enddo在数组P中的位置*do,j,1,Nnum

*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo!计算X方向坐标差dx=abs(nx(node_Next)-nx(node_Cur))P(Loc_CurNode,3)=P(Loc_CurNode,3)-Pressure_Top*dx/2P(Loc_NextNode,3)=P(Loc_NextNode,3)-Pressure_Top*dx/2P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)+Pressure_Top*dx**2/12P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)-Pressure_Top*dx**2/12!从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddo

allsel,all!(3)计算下侧等效节点荷载!选择衬砌下侧节点

cmsel,s,CM_Beam_Lef_Bot_node

cmsel,a,CM_Beam_Rig_Bot_node

nplot!读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count!切换坐标系csys,11!取得当前节点号node_Cur=node(R_1+T_SecLin/2,0,0)!恢复默认坐标系csys,0!取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1!计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Next在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo!计算X方向坐标差dx=abs(nx(node_Next)-nx(node_Cur))P(Loc_CurNode,3)=P(Loc_CurNode,3)+Pressure_Bot*dx/2P(Loc_NextNode,3)=P(Loc_NextNode,3)+Pressure_Bot*dx/2P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)-Pressure_Bot*dx**2/12P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)+Pressure_Bot*dx**2/12!从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all!(4)计算左侧节点处水平压力!选择衬砌左侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Lef_Bot_nodenplot!读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count!切换坐标系csys,11!取得上侧节点号node_Top=node(R_1+T_SecLin/2,90,0)!切换坐标系csys,13!取得下侧节点号node_Bot=node(R_4+T_SecLin/2,-90,0)!恢复默认坐标系csys,0!取得当前节点号node_Cur=node_Top!定义数组存放左侧节点处水平压力!定义一个Nnum_Cur行2列的数组*dim,Q,array,Nnum_Cur,2,1!定义临时变量t=Pressure_Bot_Hor-Pressure_Top_Hor!保存节点号与节点处水平荷载*do,i,1,Nnum_Cur!保存当前节点号Q(i,1)=node_Cur!保存当前节点处水平荷载Q(i,2)=Pressure_Top_Hor+t*(ny(node_Cur)-ny(node_Top))/(ny(node_Bot)-ny(node_Top))!从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Cur=nnear(node_Cur)*enddoallsel,all!选择衬砌左侧节点cmsel,s,CM_Beam_Lef_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Lef_Bot_nodenplot!取得当前节点号node_Cur=node_Top!取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1!计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Next在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Cur在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode_Q=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Next在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode_Q=j*exit*endif*enddo!计算Y方向坐标差dy=abs(ny(node_Next)-ny(node_Cur))P(Loc_CurNode,2)=P(Loc_CurNode,2)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)*7+Q(Loc_NextNode_Q,2)*3)*dy/20P(Loc_NextNode,2)=P(Loc_NextNode,2)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)*3+Q(Loc_NextNode_Q,2)*7)*dy/20P(Loc_CurNode,4)=P(Loc_CurNode,4)+(Q(Loc_CurNode_Q,2)/20+Q(Loc_NextNode_Q,2)/30)*dy**2P(Loc_NextNode,4)=P(Loc_NextNode,4)-(Q(Loc_CurNode_Q,2)/30+Q(Loc_NextNode_Q,2)/20)*dy**2!从选择集中删除当前节点nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Cur=node_Nextnode_Next=nnear(node_Next)*enddoallsel,all!删除临时参数Q(1,1)=!(5)计算右侧节点处水平压力!选择衬砌右侧节点cmsel,s,CM_Beam_Rig_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Bot_nodenplot!读取所选取节点总数*get,Nnum_Cur,node,0,count!切换坐标系csys,11!取得上侧节点号node_Top=node(R_1+T_SecLin/2,90,0)!切换坐标系csys,13!取得下侧节点号node_Bot=node(R_4+T_SecLin/2,-90,0)!恢复默认坐标系csys,0!取得当前节点号node_Cur=node_Top!定义数组存放左侧节点处水平压力!定义一个Nnum_Cur行2列的数组*dim,Q,array,Nnum_Cur,2,1!定义临时变量t=Pressure_Bot_Hor-Pressure_Top_Hor!保存节点号与节点处水平荷载*do,i,1,Nnum_Cur!保存当前节点号Q(i,1)=node_Cur!保存当前节点处水平荷载Q(i,2)=Pressure_Top_Hor+t*(ny(node_Cur)-ny(node_Top))/(ny(node_Bot)-ny(node_Top))

!从选择集中删除当前节点

nsel,u,node,,node_Cur!计算下一循环的节点号node_Cur=nnear(node_Cur)*enddoallsel,all!选择衬砌右侧节点cmsel,s,CM_Beam_Rig_Top_nodecmsel,a,CM_Beam_Rig_Bot_nodenplot!取得当前节点号node_Cur=node_Top!取得所选节点中与当前节点相邻的节点号node_Next=nnear(node_Cur)*do,i,1,Nnum_Cur-1!计算节点node_Cur在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Next在数组P中的位置*do,j,1,Nnum*if,P(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Cur在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Cur,thenLoc_CurNode_Q=j*exit*endif*enddo!计算节点node_Next在数组Q中的位置*do,j,1,Nnum_Cur*if,Q(j,1),eq,node_Next,thenLoc_NextNode_Q=j*exit*endi