水工隧洞软件手册水利版

SDCAD4.0水利版水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件用户手册国家电力公司中南勘测设计研究院水工处2003年4月目录TOC\o"1-3"\h\z1引言11.1版本说明11.2定义11.3参考资料22软件功能及运行环境22.1软件功能22.2运行环境23计算方法及设计假定23.1荷载工况23.2有关的设计参数33.3内力计算方法………….43.4选筋方法53.5制图约定54软件的应用和操作64.1总菜单64.2各项菜单的功能64.2.1设置路径64.2.2输入数据74.2.3数据前处理84.2.4内力计算84.2.5成果整理94.2.6单工况配筋104.2.7最终选筋104.2.8绘钢筋图114.2.8.1形成图块文件114.2.8.2布图114.2.9有限元计算144.2.10有限元结果配筋154.2.11编辑计算书152退出SDCAD155接口文件及其说明165.1根本数据文件165.2单工况配筋文件195.3最终选筋文件225.4有限元成果整理所需文件246程序的连续运行246.1圆形有压洞(内水压力占优势的情况)的计算和绘图256.2圆拱直墙形、矩形、马蹄形和内水压力不是主要荷载的圆形隧洞的运行次序256.3矩形变圆形或圆形变矩形渐变段的计算次序256.4266.5用有限元法计算和绘图267其它断面的衬砌计算和配筋267.1数据输入文件的准备267.2内力计算和配筋338不计算，直接绘制钢筋图339关于对称竖井的内力计算3410计算结果输出格式说明3410.1公式法计算结果3410.2边值法计算结果3510.3单工况配选筋计算结果3510.4最终选筋结果3610.5有限元应力成果3610.6有限元应力换算为内力结果3710.7用有限元成果配筋的输出格式37附录A输出文件一览表38附录B有限元计算网格示意图401引言1.1版本说明水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件(简称SDCAD)，是由国家电力公司中南勘测设计研究院水工处开发的。较早的SDCAD2.0版是根据SD134－84《水工隧洞设计标准》、SDJ20－78《水工钢筋混凝土结构设计标准》的规定而编制的，该版本软件1993年12月由水规总院鉴定后，先后被水利水电系统三十多个设计单位引进并在实际工程中应用。由于DL/T5057－1996(SL/T191－96)《水工混凝土结构设标准不适应。为适应新标准的要求，我们于1999年6月对SDCAD2.10按新标准的规定进行了修编，推出了SDCAD3.0版。SDCAD3.0仍在DOS环境下运行，由于现在微机全部采用Windows操作系统，原来的DOS版本程序使用起来显得很不方便。为适应操作系统的变化，并参照电力行业标准的《水工隧洞设计标准》(报批稿)，我们在SDCAD3.0的根底上又完成了由DOS向Windows环境下的移植和二次开发，形成了SDCAD4.0版。与DOS版本比拟SDCAD4.0界面更好，使用更方便，并且扩展了功能。此后，中华人民共和国水利行业标准，SL279—2002《水工隧洞设计标准》于2002-12-10发布，2003-03-01实施，该标准规定：混凝土和钢筋混凝土衬砌的强度计算仍按SDJ20—78《水工钢筋混凝土结构设1.2定义SDCAD：水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件的简称。边值法：指原SD134-84《水工隧洞设计标准》附录中的“边值数值解法”。公式法：指《水工隧洞设计标准》附录中“图形有压隧洞衬砌计算”方法。有限元法：指线弹性平面有限元法。常用断面：指圆形、圆拱直墙形、矩形、马蹄形、矩形变圆形和圆形变矩形(简称方圆渐变段)、圆拱直墙变矩形和矩形变圆拱直墙形(简称城矩渐变段)等八种衬砌断面。开口圆拱直墙形做为圆拱直墙形的一个特例(D1=0)也归并到常用断面中。其它断面：除常用断面外，图7.1-1中A=1、5、8、9、12、13时的衬砌断面均称作其它断面。1.3参考资料(1)SL279—2002《水工隧洞设计标准》(2)SDJ20—78《水工钢筋混凝土结构设(3)SDCADVer3.0水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计系统修编说明(4)SDCAD2.00水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计系统用户手册。2软件功能及运行环境2.1软件功能(1)用于招标设计和施工详图设计阶段有压和无压水工隧洞及竖井的钢筋混凝土衬砌结构设计。(2)可对14种不同断面型式的衬砌进行内力计算、配筋计算和绘制内力图。对其中的八种常用断面，还进行裂缝开度验算，并能自动绘制施工用的钢筋图和编辑计算书。底部为圆角的圆拱直墙断面〔图7.1-1A=5〕可做为常用断面进行计算和编辑计算书，目前暂不能画钢筋图。(3)内力计算包括边值法、圆形有压隧洞计算的公式法和有限元法。荷载工况包括运行期持久状况、运行期短暂状况、运行期偶然状况、检修期工况、施工期工况。(4)操作简便、输入数据少、人机界面较好、自动化程度高。2.2运行环境(1)硬件：微机、打印机(2)软件：Windows98、AutoCAD14.0、Word973计算方法及设计假定3.1荷载工况荷载工况：(1)运行期持久状况(2)检修期工况(3)施工期工况(4)运行期短暂状况(5)运行期偶然状况三种荷载组合：(1)运行期：内水压力+外水压力+围岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力(2)检修期：外水压力+围岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力(3)施工期：灌浆压力+外水压力+围岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力3.2有关的设计参数3.2.1强度平安系数混凝土和钢筋混凝土结构的强度平安系数按SL279—2002《水工隧洞设计标准》条和SDJ20—78《水工钢筋混凝土结构设钢筋混凝土结构的抗裂平安系数按SDJ20—78《水工钢筋混凝土结构设3.2.2最小配筋率由于SDJ20—78《水工钢筋混凝土结构设最小配筋率最小受拉配筋率反而越大；偏心受压构件的ρ’min规定得比受拉钢筋的ρmin还大等等，导致有时配筋结果不合理。为此在程序中，最小配筋率参照SL/T191－96《水工混凝土结构设计标准》表钢筋混凝土构件纵向受力钢筋最小配筋率，取值如下：Ⅰ级钢筋ρmin=ρ’min=0.20%Ⅱ、Ⅲ级钢筋ρmin=ρ’min=0.15%ρmin为受拉钢筋的最小配筋率，ρ’min为受压钢筋的最小配筋率3.2.3最大裂缝宽度允许值长期组合，0.25cm；短期组合，0.30cm；水质有侵蚀性时，0.15～0.20cm。3.3内力计算方法衬砌内力计算有三种方法可供选用：(1)边值法该法将衬砌内力归结为求解非线性常微分方程组的边值问题，防止了手算中人为假定弹性抗力分布图形带来的误差，可适用于各种断面的衬砌计算。有关计算公式参阅《水工隧洞设计标准》附录。本软件所提供的边值法计算程序可计算荷载和结构不对称情况；为适应竖井计算需要，程序中考虑了法向均布荷载。(2)圆形有压隧洞衬砌计算方法(公式法)对于圆形有压洞，当内水压力为主要荷载时，常用《水工隧洞设计标准》附录中提供的圆形有压隧洞衬砌计算公式进行计算。按照公式法编制的程序进行计算时，首先按素混凝土考虑，按照相应公式求出衬砌内外外表的混凝土拉应力σi和σ0，设[σl]为混凝土的允许轴向拉应力，当σ0>[σl]时，按双层钢筋混凝土衬砌设计；当σ0≤[σ1]σi>[σ1]时，按单层钢筋混凝土衬砌设计；当σ0≤[σ1]σi≤[σ1]时，按素混凝土衬砌设计。对单层或双层钢筋混凝土衬砌，先按最小配筋率配筋，按混凝土未出现裂缝情况计算混凝土的应力σh，假设σh未超过混凝土的允许轴向拉力，那么说明混凝土不会开裂，按最小配筋率计算满足要求；假设σh超过混凝土的允许轴向拉力，再按混凝土衬砌出现裂缝情况计算。(3)有限元法当隧洞断面较大，地质条件较复杂时，除用上述方法计算外，可用有限元法进行校核。系统提供的一个计算程序是带节理单元的平面八结点等参元程序，该程序为线弹性计算程序，荷载、单元信息、结点座标等根据根本数据文件JXS·SD由程序自动生成。自动生成的网格结点数和单元数是固定的，衬砌层沿厚度方向取二层8结点等参元，围岩局部取三层8结点等参元，并假设围岩是均质的；在围岩和衬砌之间布置了一层6结点节理单元，厚度取2mm，当荷载以内水压力为主时(运行期工况)，节理单元弹模取混凝土衬砌弹模的1/10，当荷载以外水压力为主时，为防止围岩限制衬砌向内变形，节理单元弹模取E=0.1MPa。衬砌四周围岩范围，左右取3倍洞高，上下取3倍洞宽。边界约束条件：除圆形断面外，其它断面的边界均为上边自由，另外三面用链杆约束。对圆形断面，上部67.5°范围内为自由边界，其余边界为固定边界。有限元成果整理程序将应力转换成断面内力，用内力成果进行配筋计算。使用系统提供的有限元程序，其优点是不需要手工划分有限元网格和输入计算数据。缺点是只适用于均质围岩和线弹性计算情况。3.4选筋方法根据最大配筋面积和常用直径，计算出一组可供选择的钢筋间距，由设计人员选择。间距初步选定后，再根据顶拱、底板、边墙的配筋面积确定各部位的直径，然后进行裂缝验算(运行期偶然状况不进行裂缝验算)，使所选钢筋同时满足应力和限裂要求。城门洞型和方型断面的底板和边墙，根据中间局部的最大配筋面积确定主筋，假设两端配筋面积大于中间那么加短筋满足。选筋采用计算和设计人员的经验判断相结合，用人机对话实现。3.5制图约定对各种类型断面的隧洞钢筋图，我们研究了大量实际施工图纸，结合设计人员的工程经验，作出以下标准化处理：(1)图块类型确实定：圆拱直墙形和方形隧洞有横剖面、边墙、顶拱(板)、底板图块；渐变段有横剖面、立面图块；圆形马蹄形有横剖面图块，各类均有钢筋表、材料表图块。(2)处，其它类型在底板或边墙上，分缝数和位置由设计人员选定。(3)(4)内外层钢筋间距可不相同，同层钢筋直径也可不同，但相邻两段直径差不超过两级。(5)渐变段横剖面图不画联系筋，在材料表中计入重量；其它常用断面横剖面图中，联系筋可虚实相间绘制，表示作梅花状布置。(6)边墙或底板加短筋时，长度按高度或跨度的1/4取，但最后由设计人员选定。方圆渐变段不用短筋，城矩渐变段侧墙上部和顶部也不用短筋。(7)钢筋级别由设计人员选择，一般受力筋及短筋均取Ⅱ级钢筋，斜筋、纵向分布筋、联系筋一般为Ⅰ级钢筋。4软件的应用和操作4.1总菜单当你启动SDCAD后，屏幕上将出现如下的总菜单：国家电力公司中南勘测设计研究院水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计系统SDCAD水利版Ver4.02002.4设置路径成果整理有限元计输入数据单工况配筋有限元结果配筋数据前处理最终选筋编辑计算内力计算绘钢筋图退出SDCAD要完成某项任务，请用鼠标点击相应的菜单项。4.2各项菜单的功能4.2.1设置路径在你安装SDCAD以前，请先确定两个目录(文件夹)，一个存放程序的目录，一个存放数据和结果的目录。例如程序存放在D盘SDSL目录中，数据存放在D盘DASL目录中，当你第一次启动SDCAD时，屏幕上出现一个对话框：Sdcad×路径文件不存在，需要设置路径确定点击“确定”按钮，屏幕上出现总菜单。点击“设置路径”菜单，屏幕左下角出现数据输入框，提示你输入计算程序路径，如果你已经把SDCAD安装在D盘SDSL文件夹中，请输入D:\SDSL，然后点击“确定”，屏幕左下角又出现一个数据输入框，提示你输入数据存放路径，这时你可以输入D:\DASL，然后点击“确定”，设置路径的任务就完成了。在D盘的根目录中形成了路径文件SLPS·DAT它的内容为：D:\DASL，D\SDSL。设置路径完成后，以后你再启动SDCAD算题时，可以不再执行这项操作了。当然，如果你改变了存放计算结果的文件夹，那么需重新设置路径。4.2.2输入数据输入“常用断面”的数据，请点击“输入数据”菜单。点击“输入数据”菜单后，屏幕上显示八种常用断面的图示，选择你要输入的断面，那么出现数据输入列表，并在表中显示各项数据的底值(上一次计算的数据)。数据项包括计算方法、起始桩号、混凝土容重和强度等级、内外水头、外水折减系数、灌浆压力、单位弹性抗力、围岩压力计算方法和相应参数，衬砌断面外形的几何数据等。各项数据的单位和输入方法表中已详细提示，按表输入即可，这里着重说明以下几点。(1)当你从键盘敲入数字后，必须按回车(Enter)键才算输入。(2)计算方法有三种：公式法、边值法和有限元法。(3)混凝土强度等级有五种选择：C10、C15、C20、C25、C30。(4)当你选定有限元法时，代替弹性抗力的数据是围岩弹性模量和波桑比。(5)围岩压力计算方法有三种选择：系数法、普氏法、直接输入法。系数法输入参数有：围岩重度(kN/m3)、垂直压力系数Sy、侧向压力系数Sx。计算公式为：q=Sy·γ·Be=Sx·γ·Hq—垂直压力强度e—水平压力强度γ—围岩容重B—开挖净宽H—开挖净高。普氏法输入参数有：围岩重度、巩固系数、内摩擦角，其计算公式为：q=γhe1=γhm2e2=γ(h+H)m2m=tg(45°-Φ/2)h=(0.5B+Hm)/f式中：γ—围岩重度(kN/m3)h—塌落拱高度(m)B—开挖宽度(m)H—开挖高度(m)f—普氏系数或称岩石巩固系数Φ—内摩擦角q—垂直压力强度(kPa)e1—上部侧向压力强度(kPa)e2—下部侧向压力强度(kPa)直接法直接输入顶部、侧向上部、侧向下部围岩压力强度。(6)运行期持久状态、检修期、施工期可一次输入，假设还要计算运行期偶然状况和运行期短暂状况，那么还要分别重新输入数据。(7)开口圆拱直墙按圆拱直墙形输入数据，但底板厚度取为0(即D1=0)4.2.3数据前处理对于边值法和公式法，输入数据后，请选择“数据前处理”菜单项，然后点击“运行”按钮，那么形成内力计算所需数据文件。对于圆形、圆拱直墙、矩形、马蹄形衬砌形成三个数据文件：DM1·SD1、DM1·SD2、DM1·SD3。对于城矩渐变段和方圆渐变段，还形成计算渐变剖面1的三个数据文件DM2·SD1、DM2·SD2、DM2·SD3。对于方圆渐变段，除了上述六个文件外，还形成渐变剖面2的三个数据文件DM3·SD1、DM3·SD2、DM3·SD3。上述文件名中扩展名“·SD1”对应运行期工况，“·SD2”对应检修期工况，“·SD3”对应施工期工况。4.2.4内力计算用边值法和公式法计算，运行数据前处理后，请点击“内力计算”菜单，进行内力计算。点击“内力计算”菜单后，在总菜单左下角出现输入对话框。SDCAD计算的是否为圆形有压洞运行工况(Y/N)确定取消N假设不是，输入N点击“确定”。那么翻开“用边值法计算内力”窗口，显示如下“请对以下逐项进行选择”(一)计算断面选择(NGK)(四)计算工况选择(NKK)1.标准断面1.运行期持久状况2.其它类型断面2.检修期3.施工期(二)计算情况选择(NST)4.运行期短暂状况1.隧洞5.运行期偶然状况2.竖井(五)灌浆压力作用部位或法向均布荷载(LN)3.中心对称竖井1.顶部(三)是否输出标识符说明(IB)2.边墙1.输出3.法向均布荷载2.不输出4.没有用鼠标点击法对上述五项选择后，接着出现三个输入对话框，按要求输入即可。这里需要特别指出的是，当计算完返回主菜单后，要接着选择成果整理菜单，以便形成该计算状况的输出文件和绘制内力图。假设要计算圆形有压洞运行工况，那么在点击“内力计算”出现的输入对话框中输入Y，那么翻开圆形有压洞衬砌计算窗口，点击“运行”按钮，按照出现的输入对话框中的提示操作即可。这里需指出的是计算完圆形有压洞运行工况后，已形成了成果输出文件，不必再点击“成果整理”菜单，而是再点击“内力计算”菜单，计算检修期或施工期工况，这两种工况计算完后都要选择“成果整理”形成内力输出文件和绘制内力图。4.2.5成果整理当用“边值法”计算时，进行内力计算后，应接着点击“成果整理”菜单项，这时在窗口上方，显示如下一排菜单：列表显示返回抓图画内力图列表显示返回抓图画内力图点击“列表显示”按钮，以表格的形式在屏幕上显示内力和位移成果。点击“画内力图”按钮，在窗口左下方出现一个数据输入框，提示你输入图幅比例，输入图幅比例后，那么在屏幕上画出轴力、剪力、弯矩分布图，在下面的选择框中，选择本次计算的荷载组合，然后点击“选定”按钮。在屏幕上画出内力图后，点击“抓图”按钮，把屏幕上的图形直接保存到存放计算结果的文件夹中，待编辑计算书时，再把它插入计算书“2.1内力计算成果“一节的相应位置上。抓图的操作如下：单击“抓图“按钮，然后在屏幕上选择抓图范围，在图形的左上角按下鼠标左键不放，拉到右下角，在矩形虚线框内部的局部图形即为选定的抓图范围，松开左键，在出现的”另存为“输入框中输入存放图形的路径和文件名〔扩展名为.BMP〕,点击“保存”按钮。如果抓图成功，屏幕上将出现“抓图成功”消息框，点击“OK”，那么返回“边值法成果整理程序”窗口，点击“返回“回到SDCAD总菜单。4.2.6单工况配筋某一工况计算完毕，并且进行了成果整理，应及时地选择“单工况配筋”按钮，进行该种工况的配筋计算。点击“单工况配筋”按钮，就翻开了“边值法单工况配筋程序”窗口，在窗口上方有两个按钮：运行返回运行返回点击“运行”按钮，开始配筋计算，窗口左下方将出现数据输入对话框，按提示输入建筑物级别，钢筋级别、保护层厚度、限裂宽度等。配筋计算结束，点击“返回”按钮，回到主菜单。4.2.7最终选筋注意：在你选择本项菜单前，你必须完成你要计算的各种工况的内力计算和各种工况下的单工况配筋计算。例如，你要计算如下四种工况：运行期持久状况、检修期工况、施工期工况、运行期偶然状况，这样就需完成4个内力计算，4个单工况配筋计算以后，才能选择“最终选筋”。点击主菜单上的“最终选筋”菜单项，那么翻开最终选筋窗口，在窗口的上部有三个按钮。返回SDCAD主菜单直接输入断面钢筋根据计算结果选筋返回SDCAD主菜单直接输入断面钢筋根据计算结果选筋4.2.7.1根据计算结果选筋点击“根据计算结果选筋”按钮，在窗口中出现一个选择框，请你选择已计算的荷载工况，选择完毕，请点击“确定”按钮。接下去按提示操作即可。4.2.7.2直接输入断面钢筋假设你不经过配筋选筋计算，而想直接形成绘图用的钢筋文件，你可点击“最终选筋”窗口下的“直接输入断面钢筋”按钮，详细操作方法将在第8章，不计算直接绘制钢筋图中介绍。4.2.8绘钢筋图各种不同断面的隧洞绘图所用的钢筋文件如下：圆形洞身段YXD·GJ圆拱直墙段YZD·GJ矩形洞身段JXD·GJ马蹄形洞身段MT·GJ方圆渐变段(方变圆、圆变方)：矩形局部JBF·GJ方圆形1JBJ·GJ方圆形2JBY·GJ圆拱直墙变矩形(城矩)、矩形变圆拱直墙形(矩城)渐变段：渐变剖面YZJ·GJ矩形剖面JXJ·GJ从上面可以看出对于方圆渐变段，必须运行三次最终选筋，形成三个不同的钢筋文件，才能画钢筋图；对于城矩和矩城渐变段必须运行两次最终选筋形成两个不同的钢筋文件，才能画钢筋图。点击总菜单中的“绘钢筋图”菜单项，系统将根据数据输入时所选的断面形状翻开相应的绘图窗口，在窗口的上方，有三个命令按钮：布图形成图块返回布图形成图块返回4.2.8.1形成图块文件点击形成图块按钮，按屏幕上部的提示和窗口左下方输入框的要求操作，就可形成钢筋图中的各个图块。这些图块的文件名是：(1)圆形洞身段：YPM·DRL剖面钢筋图YPMB·DRL钢筋表YPMC·DRL材料表YPMH·DRL钢筋焊接图(2)圆拱直墙洞身段：YZ1·DRL横剖面图YZ4·DRL顶拱图块YZ5·DRL底板图块YZ6·DRL边墙图块YZ2·DRL钢筋表图块YZ3·DRL材料表图块(3)矩形洞身段：JX1·DRL横剖面图块JX4·DRL顶拱图块JX5·DRL底板图块JX6·DRL边墙图块JX2·DRL钢筋表图块JX3·DRL材料表图块(4)马蹄形洞身段：MT1·DRL横剖面图块MT2·DRL钢筋表图块MT3·DRL材料表图块(5)方圆(圆方)渐变段：FY(YF)LM·DRL立面图图块FY(YF)H1·DRL横剖面图块FY(YF)H2·DRL横剖面图块FY(YF)H3·DRL横剖面图块┇┇FY(YF)Hn·DRL横剖面图块FY(YF)GB·DRL钢筋表图块FY(YF)GBDY·DRL钢筋表大样FY(YF)CL·DRL材料表图块(6)城矩(矩城)渐变段：YJ(JY)LM·DRL立面图图块YJ(JY)H1·DRL矩形段横剖面YJ(JY)H2·DRL渐变1横剖面YJ(JY)H3·DRL渐变2横剖面YJ(JY)GB·DRL钢筋表图块YJ(JY)CL·DRL材料表图块YJ(JY)G2·DRL第二个钢筋表要形成完整的钢筋图，还要通过“布图”将这些图块布置在一张图纸上形成图纸文件(*·D)，程序自动将(*·D)文件转换成(*·DXF)文件，然后进入AutoCAD，将(*·DXF)文件变成(*·DWG)文件，就可以将图纸画出来了。4.2.8.2布图在SDCAD中，除内力图和应力图外，任何已形成的图块文件都应经过屏幕布图显示后，才能转换成AutoCAD的(*·DXF)文件和(*·DWG)文件。屏幕布图程序提供了一个图形编辑环境。将屏幕模拟为图纸，通过图块在屏幕上的显示和移动，将图块布置在图纸的适宜位置，使得整张图纸美观而又符合一般设计人员的习惯。点击窗口上的布图按钮，出现一个彩色输入框，首先要求输入图纸名，图纸名由用户根据性质的不同或习惯的区别自己定义(不带扩展名)，该图纸的参数(图块原点坐标和图块名)记录在磁盘文件“图纸名·D”中，图纸名被定义后，如果当前目录已存在该图纸，那么点击“确定”后(或回车)，直接进入图纸编辑状态，并将整张图纸显示在屏幕上；否那么，提示为新图纸，要求输入图幅，选择0~4间的一个整数。图纸编辑区占满整个屏幕，根据不同的功能分成四个区，见以下图：主菜单区图纸显示区图块菜单区提示区主菜单区包括五个图形编辑功能选择项和两个存盘选择项，提示区为指导性和警告性信息提示或作为少量数据的输入行，图块菜单区列出针对不同情况可选的图块项；图纸显示区显示布置图块的直观图形。现将各项编辑功能的执行过程分述如下：(1)布图(D)点击右侧兰色矩形条旁的倒三角形箭头，那么出现洞形菜单，选择其一，那么出现与该洞段相对应的图块菜单，选择某一图块后，鼠标光标将变成一个十字，移动光标到窗口的适当位置，这一位置即为图块相对坐标原点的位置，按下鼠标左键再抬离那么在指定位置显示出该图块的图形，接着再选择另一图块，用同样的方法，把它布置在窗口上。需要指出的是：圆形段和方圆(圆方)渐变段的钢筋表、材料表图块坐标原点位于左上角点，其它所有图块(包括钢筋图、图框及其它常用断面的钢筋表、材料表)的原点均位于左下角点。在布置渐变段较为复杂的隧洞钢筋图时，横剖面图可能会超出图块菜单中给出的数目，这时，剩下的剖面可用“用户图块”选择布置，相应的图块名及数目参见和运行“形成图块”时的屏幕提示。(2)移动图块(M)用鼠标点击“移动图块”，然后点击相应的图形，出现一个虚线框套住图块，在框内用鼠标按下左键不放，光标变成带四个箭头的十字形，框内图形消失，拖移到适宜的位置，松开按键，图形又恢复了，将光标移出虚线框后点击一下，虚线框消失，图块移动结束。(3)删除图块(K)点击“删除图块”菜单项，再选择要删除的图块(图形)，屏幕上出现一个对话筐。Confirm×你确信要删除图块(图形)吗？YesNo点击Yes，那么将该图块从屏幕上删掉。(4)窗口(W)“窗口”具有放大功能。要查看某一图形的细部，可点击主菜单的“窗口”项，然后将光标移到要放大局部的一角按下鼠标左键不放，移动到与其斜对的另一角，然后放开，那么虚线框住的局部将被放大。(5)图形漫游(H)图形放大以后，屏幕上只能显示图形的一局部，要查看其它局部，可用“图形漫游”。点击“图形漫游”菜单，光标变成一双手形，将手形光标移到窗口的某一位置，按下左键，向左移动，那么整个图形向左移动，向右移动光标，那么整个图形向右移动；光标上下移动，那么图形跟着上下移动。放开左键，移动停止。注意，由于计算机CPU速度的限制，有时图形移动可能稍滞后。(6)重显(R)要恢复原来的图形，可点击“重复”菜单项。(7)存盘退出(Q)点击“存盘退出”，那么把布图结果记到文件“文件名·D”中存到磁盘上。(8)放弃存盘(Q)假设不想存盘，可点击“放弃存盘”菜单项。4.2.9有限元计算假设用有限元法计算，在输入数据时，应选有限元法。输入数据后，点击主菜单中“有限元计算”菜单项，那么翻开有限元计算窗口，在窗口上有四个菜单项：回到SDCAD有限元成果整理回到SDCAD有限元成果整理有限元计算数据前处理“有限元成果整理”菜单又包含两个分菜单。“应力换算为内力”和“画应力图”。首先点击“数据前处理”菜单，按窗口左下方出现的输入对话框中的提示操作，当屏幕上出现“已形成DAT·G，请点击‘有限元计算’”菜单时，点击“有限元计算”菜单项，按输入框中的提示操作，计算完毕屏幕显示“计算结束，请点击‘有限元成果整理’菜单！”点击“有限元成果整理”菜单，再点击“应力换算成内力”分菜单，那么将断面应力换算成内力，此时假设要形成应力图，再点击“有限元成果整理”，然后点击“画应力图”分菜单，按提示操作，直至进入AutoCAD形成应力图的·DWG文件。4.2.10有限元结果配筋点击“有限元结果配筋”菜单项，翻开有限元结果配筋窗口，上方有两个命令按钮。返回有限元结果配筋返回有限元结果配筋点击“有限元结果配筋”按钮，按输入框和屏幕上的提示操作即可。有限元结果配筋是单工况配筋。假设要用有限元法计算几种工况，那么和4.2.10应循环几次，而后再选取总菜单中的“最终选筋”菜单。4.2.11编辑计算书点击总菜单中“编辑计算书”菜单项，屏幕上出现一个如下的输入对话框。编辑计算书程序×计算书保存的名称计算工况选择运行期持久状况(内水水头外水水头)检修期施工期运行期短暂状况(内水水头外水水头)运行期偶然状况(内水水头外水水头)需要输入一个保存计算书的文件名，然后要输入运行期持久状况的内、外水头，接着再选择已经计算的工况，假设还有运行期的其他工况，还要输入相应的内、外水头。然后点击“确定”，接下去提示你输入工程名(汉字)、隧洞名(汉字)、建筑物级别和内水压力分项系数，然后程序继续运行，当某一结果文件不存在时，会在屏幕上用对话框显示出来，此时，应点击对话框中的“OK”继续运行下去。程序运行结束，将告诉你计算书保存的路径和文件名。你可以对计算书进行编辑、修改和打印(此时已在Word环境下)或退出Word、返回SDCAD。形成的计算书包括封面，目录和正文。正文包括计算说明和计算结果两大局部。计算书的目录如下：1计算说明1.1计算程序1.2计算方法1.3计算数据1.4计算工况和荷载组合2计算成果2.1内力计算成果2.2单工况配筋成果2.3最终选筋成果4.2.12退出SDCAD点击本项菜单，结束计算，退出SDCAD软件系统。5接口文件及其说明5.1根本数据文件a.文件名：JXS·SDb.形成的方法：执行总菜单中“数据输入”菜单项或用编辑命令Edit形成。c.应用的程序段：数据前处理，单工况配筋，绘钢筋图块，编辑计算书。d.记录格式及内容第一行MOL第二行LS，LE，GM，BHMOL=1圆形洞身段MOL=2圆拱直墙洞身段MOL=3渐变段(方变圆)MOL=4渐变段(圆变方)MOL=5矩形段MOL=6圆拱直墙变矩形渐变段MOL=7矩形变圆拱直墙渐变段MOL=8马蹄形洞身段LS—始端桩号(m)LE—末端桩号(m)GM—混凝土重度(kN/m3)BH—与混凝土强度等级相对应的标志数(1)圆形A0，R1，D1，GR，Sy，Sx，H1，H2，BT1，BT2，BT3，Q，K1，K2这里A0—对称标志A0=2封闭对称A0=3封闭不对称R1—衬砌轴线半径(m)D1—衬砌厚度(m)GR—岩石容重(kN/m3)(或直接给出围岩压力时，顶左强度Q2(kPa))Sy—围岩垂直压力系数(或普氏法中的巩固系数f，或直接给出围岩压力时，左上强度E1(kPa))Sx—围岩侧向压力系数(或普氏法中内摩擦角φ，或直接给出围岩压力时，左下强度E0(kPa))H1—作用于底板最低处内水水头(m)H2—作用于底板最低处外水水头(m)BT1—运行期工况外水折减系数BT2—检修期工况外水折减系数BT3—施工期工况外水折减系数Q—灌浆压力强度或法向均布荷载强度(MPa)K1—底部单位弹性抗力系数(MN/m3)(或有限元法中的弹模E，单位Mpa)K2—左侧单位弹性抗力系数(MN/m3)(或有限元法中泊桑比μ)如果A0=3，那么还有非对称数据Q3，E2，E3，K3，K4其中Q3—右侧围岩垂直压力强度(kPa)E2—右上围岩水平压力强度(kPa)E3—右下围岩水平压力强度(kPa)K3—顶部单位弹性抗力系数(MN/m3)K4—右侧单位弹性抗力系数(MN/m3)(2)圆拱直墙形这里RR—侧墙和底板连接圆弧半径，当侧墙底板连接处为直角时，RR=0H—洞高(m)R—顶拱半径(m)FI—顶拱半中心角(°)D1—底板厚(m)(D1=0为开口圆拱直墙)D2—左侧墙厚(m)D3—拱顶厚(m)D4—左拱端厚(m)如果A0=3，那么还有非对称数据D5，D6，Q3，E2，E3，K4其中D5—右拱端厚(m)D6—右墙厚(m)其它变量的意义同前。(3)渐变段(方变圆，圆变方)这里B—宽度(m)H—高(m)D1—厚度(m)R1—圆形半径(m)其它变量的意义同前。如果A0=3，那么输入非对称数据(4)矩形段如果A0=3，那么输入非对称数据这里D1—底板厚(m)D2—左侧厚(m)D3—顶部厚(m)D6—右侧厚(m)其它变量的意义同前。(5)圆拱直墙变矩形或矩形变圆拱直墙渐变段假设A0=3，那么还有非对称数据这里HY—圆拱直墙剖面洞高(m)HF—矩形剖面洞高(m)BF—矩形剖面洞宽(m)其它变量的意义见(2)圆拱直墙形(6)马蹄形洞身段如果A0=3，那么输入这里R1—弧形底板半径(m)，当R1=0时为水平底板G1—弧形底板半中心角(°)，当G1=0时，为水平底板D1—底板厚度(m)R2—侧墙半径(m)G2—侧墙夹角(°)D2—左侧墙厚度(m)，当A0=2时亦为右侧墙厚度R3—顶拱半径(m)G3—顶拱半中心角(°)D3—顶拱厚度(m)D4—左拱端厚度(m)D5—不对称情况下右侧墙厚度(m)D6—不对称情况下右拱端厚度其他变量的意义与前面提到的相同注意：在数据文件JXS·SD中，洞宽B，洞高H、HY、HF，半径R、R1等均指衬砌断面的轴线尺寸。5.2单工况配筋文件a.文件名：PJ1·SD1—相应于运行期持久工况PJ1·SD2—相应于检修期工况PJ1·SD3—相应于施工期工况PJ1·SD4—相应于运行期短暂状况PJ1·SD5—相应于运行期偶然状态b.形成的方法：执行总菜单中单工况配筋菜单项，或FL4H程序(圆形有压洞，形成PJ1·SD1)c.应用的程序段：最终选配筋程序XJHd.记录格式及内容自由格式，其内容如下：其中JB为主筋级别，IL，OL分别为内外侧主筋间距，单位为cm；G1~G4为按底板、左侧、顶板(或顶拱)、右侧顺序记录的内侧主筋直径；G5~G8为按同样顺序记录的外侧主筋直径，单位为mm，其余变量意义同前；LS、LE、AG的单位为m。11112491012对圆拱直墙段记录的信息为：111168556855这里第一列为位置编号，第二列为相应位置的短筋长度(cm)，第三列为短筋直径(mm)，第四列为短筋间距(cm)，最后一行DD1~DD6顺次为底板、左墙、拱顶、左拱端、右拱端、右墙厚度(m)。短筋位置编号见图5.2－1。对矩形段记录的短筋信息为：1212485673149131216151110图5.2－2图5.2－2这里最后一行顺次为底板、左墙、顶板、右墙的衬砌厚度(m)，其余各行从左至右每一项的内容为位置号、短筋长度(cm)、直径(mm)、间距(cm)。短筋位置编号见图5.2－2。在上面有短筋的文件中，假设某一位置不需加配短筋，那么在记录相应位置号的一行中的第三个数(短筋直径)为0。对于圆拱直墙形变矩形或矩形变圆拱直墙形渐变段，矩形剖面的配筋文件同矩形洞身段，但3，4，7，8，11，12，15，16位置上无短筋，所以这些位置的短筋直径应为0；渐变剖面的配筋文件同圆拱直墙洞身段，但9，10，11，12号位置上不配短筋，所以这些位置的短筋直径(相应行中第3个数)为0。5.3最终选筋文件a.文件名最终选筋文件的文件名，随衬砌断面类型的不同而不同，其扩展名均为.GJ。几种常用断面的文件名如下：圆形洞身段YXD·GJ圆拱直墙洞身段YZD·GJ矩形洞身段JXD·GJ马蹄形洞身段MT·GJ矩形变圆或圆变矩形渐变段矩形局部JBF·GJ方圆形1JBJ·GJ方圆形2JBY·GJ圆拱直墙形变矩形或矩形变圆拱直墙形渐变段渐变形剖面YZJ·GJ矩形剖面JXJ·GJb.形成的方法：执行总菜单中“最终选筋”，或直接用文件编辑程序形成。c.应用的程序段：绘钢筋图d.记录格式和内容：自由格式，其内容如下：LS，LE，BH，AGJB，GD1，OLJB，GD2，OLJB，GD3，OLJB，GD4，OLJB，GD5，ILJB，GD6，ILJB，GD7，ILJB，GD8，IL这里GD1~GD4是外侧主筋直径，GD5~GD8是内侧主筋直径，单位为mm。下标1~8是位置编号，对圆拱直墙断面，从底板开始，先外后内，按顺时针顺序编号，对其它断面，也是从底板开始，先外后内，但按反时针顺序编号。其它变量的意义和单位见5.2，对于渐变段，LS，LE的值见表5.3－1和5.3－2。表5.3－1渐变段矩形变圆形圆形变矩表文件名JBF.GJJBJ.GJJBY.GJJBF.GJJBJ.GJJBY.GJLS0L/32L/32L/3L/30LEL/32L/3LL2L/3L/3表5.3－2渐变段圆拱直墙形变矩形矩形变圆拱直墙形文件名YZJ.GJJZJ.GJYZJ.GJJZJ.GJLS0L/2L/20LEL/2LLL/2这里L为整个渐变段长，单位为m。对圆拱直墙段、矩形段以及圆拱直墙形变矩形和矩形变圆拱直墙形渐变段，假设需加配短筋，那么在文件YZD·GJ，JXD·GJ，YZJ·GJ，JXJ·GJ中还记录了短筋信息：NIW(1)，IL(1)，CJI(1)，CLIIW(i)，IL(i)，CJI(i)，CLIOW(i)，OL(i)，CJO(i)，CLO其中N为有短筋的部位数，以下每行有四个数，从左至右，分别表示位置编号、短筋长度、短筋直径、短筋间距等。位置编号见图5.2－1、5.2－2。假设某行第二项的数值为负，那么表示该行第一项所表示的位置上的短筋，与该行第二项绝对值表示的位置上的短筋直径、长度、间距都相，可编一个号。例如：假设IW(1)=2，IW(4)=5，IL(4)=-2，那么表示编号为5位置上(矩形段右墙内侧下部)短筋与编号为2(矩形段左墙内侧下部)位置上的短钢筋完全相同，在钢筋图上可编一个号。假设没有短筋，那么在文件的末尾记一个0(零)。5.4有限元成果整理所需文件有限元成果整理包括绘制正应力分布图和将结点应力转化为内力两局部，需要DAT·G，JXS·SD，PSR·S三个文件。下面分别表达这些文件的内容和形成的方法。(1)DAT·G该文件是平面8结点等参元有限元计算程序的数据文件，记录有总信息、结点数据前处理来形成DAT·G。(2)JXS·SD根本数据文件，参见5.1(3)PSR·S该文件从第一行起，按点号顺序记录结点应力σx、σy、τxy，每个结点占一行，自由格式。由平面8结点有限元计算程序形成。6程序的连续运行所谓连续运行，是指从数据输入开始，经过数据前处理、内力计算、配筋、选筋，直至给出钢筋图和打印出计算书。这里对以下6.1~6.5各节所描述的运行路线，先做以下几点说明：(1)必须对每一种工况都进行单工况配筋，才能进入“最终选筋”；(2)必须经过“最终选筋”或不计算直接输入钢筋参数形成钢筋文件“*·GJ”后，才能“画钢筋图”和“编辑计算书”(3)用有限元法计算时，进入AutoCAD形成应力图的“*·DWG”文件，不同工况应记不同的文件名以区别计算工况；(5)对6.1~6.5运行线路图中出现的名词作以下解释：持久—运行期持久状况短暂—运行期短暂状况偶然—运行期偶然状况检修—检修期工况施工—施工期工况6.1圆形有压洞(内水压力占优势的情况)的计算和绘图符号标志：A—选择“内力计算”菜单，圆形有压洞运行工况用公式法B—内力计算，用边值法，代表如下运行框图单工况配筋成果整理内力计算单工况配筋成果整理内力计算S—代表如下运行框输入数据数据前输入数据数据前处理菜单项选择择和运行线路图：短暂持久、检修、施工短暂持久、检修、施工施工检修持久SABB施工检修持久偶然偶然短暂SASA偶然偶然短暂6.2圆拱直墙形、矩形、马蹄形和内水压力不是主要荷载的圆形隧洞的运行次序(S、B见6.1)短暂施工检修持久持久、检修、施工短暂施工检修持久持久、检修、施工SBBBS偶然偶然偶然偶然短暂BSB6.3矩形变圆形或圆形变矩形渐变段的计算次序G代表以下运行框：检修施工检修施工持久、检修、施工持久短暂SBBB短暂偶然偶然短暂偶然SBSB偶然那么方圆渐变段的运行线路图如下：矩形剖面方圆剖面2方圆剖面1矩形剖面方圆剖面2方圆剖面1GGG6.4圆拱直墙变矩形(城矩)或矩形变圆拱直墙形(矩城)渐变段程序运行方法矩形剖面渐变剖面矩形剖面渐变剖面GG6.5用有限元法计算和绘图假设有五种工况，按以下顺序执行持久持久、检修、施工持久持久、检修、施工检修检修施工短暂施工短暂偶然偶然7其它断面的衬砌计算和配筋其它断面衬砌的内力计算，先用编辑程序形成数据文件，文件名由用户定，然后进入SDCAD系统，选择总菜单的内力计算和单工况配筋菜单项，进行内力计算和配筋。7.1数据输入文件的准备计算数据由事先形成的数据文件读入，根据衬砌型式和对称与不对称的情况的不同文件中所含数据个数，有16到32个不等，文件的具体内容将在下面给出，现首先把文件中出现的变量名解释如下：A—衬砌型式A0—对称标志A0=0，开口对称；A0=1，开口非对称；A0=3，封闭式不对称；A0=2，封闭式对称。B—支座连接情况B=0，固端；B=1，饺支；B=2，弹性固端。R1—底拱半径(m)G1—底拱半中心角(°)R2—侧弧半径(m)G2—侧弧角度(°)R3—顶拱半径(m)G3—顶拱半中心角(°)D1—底板厚度(m)D2—左侧厚度(m)D3—拱顶厚度(m)D4—左拱端厚度(m)D5—右拱端厚度(m)D6—右侧厚度(m)H1—底部直段长之半(m)H2—左墙高(m)H3—顶部直段长之半(m)H4—右墙高(m)QA—底部梯形荷载中间强度(10kPa)Q1—底部梯形荷载左端强度(10kPa)Q0—底部梯形荷载右端强度(10kPa)E0—左侧梯形荷载下部强度(10kPa)E1—左侧梯形荷载上部强度(10kPa)Q2—顶部梯形荷载左端强度(10kPa)QB—顶部梯形荷载中间强度(10kPa)Q3—顶部梯形荷载右端强度(10kPa)E2—右侧梯形荷载上部强度(10kPa)E3—右侧梯形荷载下部强度(10kPa)E—混凝土弹性模量(10kPa)GM—混凝土容重(10kN/m3)K—左端弹性支座抗力系数(10kN/m3)K1—底部弹性抗力系数(10kN/m3)K2—左侧弹性抗力系数(10kN/m3)K3—顶部弹性抗力系数(10kN/m3)K4—右侧弹性抗力系数(10kN/m3)K5—右端弹性支座抗力系数(10kN/m3)IW—作用于底板轴线中部(封闭式衬砌)或左侧支座处(开口衬砌)内水水头(m)OW—作用于底板轴线中部(封闭式衬砌)或左侧支座处(开口衬砌)外水水头(m)BT—外水折减系数Q—灌浆压力(10kPa)，假设均匀作用在顶部或者左边墙上；或法向均布荷载强度(10kPa)荷载符号以指向衬砌内部为正，内外水压力水头均取正号。各断面的数据文件内容如下：(参见图7.1－1)1.圆弧拱2.圆形3.圆拱直墙无底板4.圆拱直墙形5.圆拱直墙底圆角形6.平底马蹄形7.马蹄形8.开口马蹄形9.高拱形10.标准渐变段11.矩形12.开口方框架13.对称的槽形衬砌14.圆拱直墙变矩形中间渐变剖面以上数据文件可用行编辑程序形成，文件名自已定。(参与SDCAD系统运行时，常用断面的数据文件用选择总菜单“数据前处理”自动生成)。注意带“*”号的第三行计算不对称情况时才输入，当结构和荷载都对称时只输入1、2两行即可。A=1圆弧拱A=4圆拱直墙形A2=圆形A=5圆拱直墙底圆形角A=2圆形A=5圆拱直墙底圆角形A=3圆拱直墙无底板A=6平底马蹄形A=7马蹄形A=10标准渐变段A=8开口马蹄形A=11矩形A=9高拱形A=12开口方框架A=13对称的槽形衬砌A=14渐变形剖面计算图图7.1－1边值法程序适用的衬砌断面(A=1~A=14)图7.1－2打印成果分段编号及每段的点号7.2内力计算和配筋准备好数据文件后，启动SDCAD，进入总菜单显示。选择“内力计算”菜单项，当出现“是否为圆形有压洞运行工况(Y/N)”输入框时，直接回车，那么翻开“用边值法计算内力”窗口，在“计算断面选择”中，选择“其它类型断面”，另外五项根据计算情况选择，……，当出现“请输入记录断面数据的文件名”对话框时，输入文件名，那么进行内力计算。返回主菜单后，再选择“成果整理”，接着选择“单工况配筋”。其它断面的计算，到单工况配筋为止，不能进行最终选筋和绘制筋图。8不计算，直接绘制钢筋图不计算，直接绘制钢筋图，按以下顺序选择菜单操作：(1)输入数据(2)最终选筋，进入最终选筋窗口后，点击“直接输入断面钢筋”按钮，那么运行直接输入钢筋程序，屏幕上有图表显示，并示有操作提示，对照图形，按提示操作即可。(3)绘钢筋图9关于对称竖井的内力计算圆形和矩形竖井可作为标准断面。竖井做封闭对称结构处理，当结构和荷载为中心对称时，取断面的1/4计算，如泡在水中圆形和方形竖井，虽然没有围岩约束，仍可用本程序计算，此时，在内力计算窗口显示的菜单项选择择中，选中心对称竖井即可。按常用断面输入数据。圆形竖井按圆形隧洞输入。矩形竖井按矩形隧洞输入，跨度取长边的长度，高度取短边的长度，这样计算精度较高。内外水压力取计算断面位置的水头，围岩压力用直接输入围岩压力的方法(直接法)，即直接输入计算断面处侧向围岩压力强度值。数据输入，一次可输入运行期持久、检修、施工三种工况，当还需要计算运行期短暂和偶然工况时，需要再输入两次数据。内力计算时，选择“标准断面”、“竖井”(或“中心对称竖井”)灌浆压力作用部位选择“法向均布荷载”。中选择了竖井和中心对称竖井时，程序将自动将内外水压力和侧向围岩压力合并到法向均布荷载中，并置混凝土重度为0。10计算结果输出格式说明10.1圆形有压隧洞〔公式法〕计算结果在一般情况下，公式法计算结果输出有5局部：(1)计算所采用的数据，每个数据前面都有中文说明(2)按构造配筋，按混凝土未开裂计算的结果，列表给出，表格型式如下：断面M(kNm)N(kN)σhi(Mpa)σho(Mpa)fi(cm2)fo(cm2)Ф=0Ф=л/4Ф=л/2Ф=3л/4Ф=л这里，Ф=0位于顶部，Ф=л位于底部，σhi为衬砌内侧混凝土应力，σho为外侧混凝土应力，fi、fo分别为内、外侧配筋面积。(3)按混凝土出现裂缝情况计算的输出结果，用下表给出：断面M(kNm)N(kN)σgi(Mpa)σgo(Mpa)fi(cm2)fo(cm2)Ф=0Ф=л/4Ф=л/2Ф=3л/4Ф=л这里，σgi为内侧钢筋应力，σgo为外侧钢筋应力(4)选筋结果，列表输出(5)选筋后钢筋应力和配筋面积，列表输出。10.2边值法计算结果按段号，每段又按点号顺序列表给出每点的内力和位移成果，格式如下：序号轴力(kN)剪刀(kN)弯距(kN*m)切向位移(mm)法向位移(mm)段号：10123456789段号：2…………段号和点号的具体位置见图7.1－210.3单工况配选筋计算结果单工况配选筋计算，输出结果有四局部，均以表格的型式给出。(1)配筋计算和抗裂验算结果按段号，每段按点号增加顺