【《某高速公路隧道工程MIDAS GTS二衬受力计算案例》2100字】

某高速公路隧道工程MIDASGTS二衬受力计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u32007某高速公路隧道工程MIDASGTS二衬受力计算案例 1266761.1MIDASGTS软件简介 1132981.2荷载-结构法二衬受力计算 1260031.2.1仰拱施作前二衬受力计算 171871.2.2仰拱施作后二衬受力计算 41.1MIDASGTS软件简介MIDASGTS是一款能够快速、准确地对岩土和隧道衬砌结构进行受力分析的有限元分析软件，模式有2D和3D形式，2D能够分析平面受力，而3D提供的是三维模拟状态并且可随时间变化，适用于地下建筑结构的数值模拟。此外，程序提供衬砌分析、动力分析、应力分析、应力耦合分析和抗有关抗震的时程分析等分析模式，使用者也可以根据需要自行定义材料的本构模型[4]。该软件还有着十分便捷的几何建模功能，比如对于运用荷载结构法分析衬砌时使用到几何建模助手，在地层结构法分析初次衬砌时用到的隧道建模助手，锚杆建模助手，这些助手都使的建模过程简便而准确：广泛应用在地下建筑结构方面例如隧道，基坑，地下连续墙等。本章主要应用荷载-结构法和地层-结构法对隧道进行二次衬砌受力分析和开挖施工数值模拟。1.2荷载-结构法二衬受力计算1.2.1仰拱施作前二衬受力计算此处的计算方法运用荷载结构法中的弹性地基梁（含曲梁及圆环）法进行计算分析，此外，考虑到建模的便利，采用较为简单的二衬2D简化模型。二次衬砌1D梁单元建立模型，研究衬砌的受力，此处剔除了仰拱影响，且拱脚采用了固结形式。计算数值结果如下：图1.1无仰拱衬砌轴力图图1.2无仰拱衬砌剪力图图1.3无仰拱衬砌弯矩图由于单元划分较多，每个单元的轴力、剪力、弯矩计算结果较长，为方便观察，只将一部分单元的内力导出结果，结果如下表1.1所示。表1.1部分梁单元导出内力（弯、剪、轴）数据表号单元X(m)Y(m)Z(m)轴力剪力弯矩1212-7.7471582.184110-2369.52-22.3588-741.8831313-7.5062982.544120-2338.0119.92851-717.8751414-7.3906377.090850-1477.91-1921.731341.8551515-7.2360382.882620-2301.6374.1416-669.3931616-6.938383.197230-2259.97143.7364-589.7511717-6.6421783.469310-2223.25191.3024-501.5441818-6.3565683.70620-2190.76199.3333-418.0511919-6.0625283.932510-2158.54204.5554-328.3192020-1.7604284.147970-2126.81207.019-237.382121-1.4506784.352270-2091.79206.7904-146.242222-1.1336984.545150-2061.66203.951-51.87962323-4.8098984.726360-2036.64198.597232.75722424-4.479784.895650-2008.91190.8396118.76562525-4.1435681.052790-1982.65180.8026201.28542626-3.8019281.197590-1958.02168.6231279.5065结果对比分析：前文的手算结果与数值计算软件MIDASGTS的结果相差较大，其中以拱顶与侧墙的数值最为明显，根据上表的单元内力结果也可以看出电算的结果偏大，但是并不能单方面认为任何一个的计算结果一定准确。首先，二者的计算原理就有所不同，虽然都是基于荷载-结构法的扩展，但是计算的着重点不同，手算的计算依据的是假定抗力法，而计算软件采用的是弹性地基梁法。两种方法各有优势，但都存在一定的缺陷，也就是计算结果或多或少会产生误差。假定抗力法是以结构力学为基础，先将洞室的侧向土压力、竖向土压力及围岩反作用的抗力分别计算出对洞室支护结构的受力效果后进行耦合，求得最后的受力图。此方法计算思路清晰，受力情况也符合客观规律，因其简单的计算过程且运用的是结构力学基础原理，简单易懂，得到了工程师认同。但是，受主观因素的影响，计算结果存在系统误差，例如假定抗力的起始点是根据个人经验确定，抗力的最大点也是如此，实际的受力情况可能并不是如此，这就使得结果随结构分算单元的计算位置的不同而产生误差，与实际情况相背离。数值计算软件MIDASGTS的计算结果同样也有误差，其存在误差是模型的建立难以与实际手算的情况一致，如在拱墙下的轴力和弯矩作用下，拱墙底弹性支座产生相应刚性位移和转角，而墙本身只发生相应的竖向沉降和转角。也就是说软件无法模拟出边墙与拱脚弹性支座的变形协调。本次的电算模型没有考虑这一要素，直接在拱脚施加固定支座，考虑种种因素叠加，也就使得二者的计算结果相差较大。我认为，综合考虑二者的计算结果，大致能够得出衬砌结构的受力情况，虽与实际情况存在差距，但也能给现场施工提供指导意见。1.2.2仰拱施作后二衬受力计算经过上述计算得知，结果误差较大，受力分析还应考虑仰拱的影响，为了计算最终二衬的受力情况，本节设计综合考虑了仰拱施作后的二衬受力分析，并以设置仰拱的二衬受力情况作为计算基础进行支护结构的配筋验算，计算结果如下所述。计算受力结果图如下：图1.4施加仰拱后的轴力图图1.5施加仰拱后的剪力图图1.6施加仰拱后的弯矩图施加仰拱后导出部分梁单元的内力结果如表1.2所示。表1.2施加仰拱后部分梁单元内力数据表号单元X(m)Y(m)Z(m)轴力剪力弯矩1212-7.5765582.080070-2161.33-19.9393-11241313-7.3450382.426120-2131.8393.86398-1070.681414-7.2950777.264180-2020.51-692.014-373.6351515-7.0852582.751490-2088.31200.1416-972.1811616-6.7990683.05390-2036.12298.0102-831.9841717-6.7170577.011810-1946.65-599.1810.8759871818-6.5117383.317750-1990.47350.3106-691.8331919-6.2317383.549980-1952.81351.1852-551.072020-6.0335976.782190-1960.11-296.609432.96582121-1.9434683.771850-1911.68349.0993-410.7772222-1.6472983.983070-1879.3344.112-272.0162323-1.3436384.183370-1843.87336.2977-131.8252424-1.342376.577330-1980.08-84.2264647.55762525-1.0328784.372460-1809.62321.7466-3.208842626-4.7154384.550110-1776.72312.5635124.8642结果对比分析：对比仰拱没有施作之前，从MIDASGTS给出的计算结果云图可以看出整体结果变小了，并且分布更加均匀。就以轴力图所示，明显可以看出仰拱施作后拱顶的轴力变小了，而且轴力较高的区域分布减少了。施加仰拱之后，衬砌形成一个完整的受力结构，平滑的曲线结构避免了应力集中现象，衬砌的轮廓线的绘制是不断推敲修改的出的，目的是保证衬砌结