隧道結構受力分析的案例
淺埋隧道襯砌模型地層結構法模擬受力分析
有限元數值計算分析
以地層結構法為理論基礎，結合ABAQUS有限元分析軟件，建立隧道襯砌結構模型。根據隧道試驗方案和模型受力角度分析，圍巖和襯砌之間會有一個滑移面。因此在計算模型設置的時候，需在圍巖和襯砌之間設置摩擦系數，以此來貼合實際試驗情況。根據試驗室的試驗條件，試驗時將荷載施加在圍巖上，通過圍巖對荷載的傳遞，以此讓隧道的受荷情況更加貼合實際情況。所以在對有限元數值模擬計算模型施加的荷載考慮時，該模型荷載主要分為三種，即自重荷載、豎向壓強荷載和橫向壓強荷載。三種荷載分三個加載步施加 ，其中豎向荷載分10級加載，橫向荷載分5級加載，每級增量步均為20kPa。根據此加載方式，分析出襯砌在自重、自重加豎向荷載和自重加豎向荷載加橫向荷載三種工況下內力和位移變化情況，且考慮材料的非線性，對模型進行非線性分析計算，對計算結果進行后處理分析，提取出特征點位置的荷載變化情況并分析。
2. 坑道模型載荷試驗
根據試驗方案，明確試驗方法，制作直墻圓拱式襯砌結構模型，確定隧道襯砌模型的加載方案和監測方案。通過有限元分析結果確定出隧道襯砌結構的薄弱點，該薄弱點即為位移和應變監測的關鍵部位。將隧道模型放置在土壓力箱中，為了讓測試結果更加明顯，豎向荷載和橫向荷載不能一次性加完，先施加豎向荷載，分10個加載步加載每級增量為20kPa，共加載200kPa，然后施加橫向荷載，分5個加載步加載每級增量為20kPa，共加載100kPa，至此加載結束。然后對傳感器監測的數據進行整理分析，得出隧道襯砌在實際加載試驗中其內力變化規律。
二、有限元數值模擬結果與分析
單元類型
為了精準的模擬出結構真實的受力狀況并保證模型能夠收斂，這不僅僅取決于網格的質量問題，更得選擇出比較合適的計算單元類型。
展開 專業論文 | 土壓力作用下的隧道受力ABAQUS建模分析
設置接觸命名為remove shotcrete，分析步在geostat，綁定隧道和土體。
6.定義荷載，邊界條件
邊界條件：設置為初始分析步，對土體左右兩側U1方向進行固定，對土體底部進行U2固定。
荷載條件：選擇geo分析步點擊gravity，選取整體，設置重力大小為-9.81。
7. 設置初始應力
8.劃分網格
9.提交任務
有限元計算結果
位移分析
2.應力分析
結 論
在土壓力的作用下，隧道受到了土體重力的作用發生了變形，其中隧道下沉，并伴隨壓縮變形。
文章來源：有限元分析軟件
展開 土壓力作用下的隧道受力ABAQUS建模分析
土壓力作用下的隧道受力ABAQUS建模分析
1. 問題描述
設有一個直徑為6m的隧道，隧道圓心距離地面的距離為25m，設地面為寬度100m，高度50m的矩形，地面土體均勻，
2. 算例重點
① 加載方式的模擬
② 二維模型的建立
③ 接觸面的接觸分析
3. 模型建立及求解
(1) 建立部件（part）：
name：tunnel
Modeling space：2D Planar
Type ：Deformable
Base Feature-shape：shell
繪圖：基于（0，5）坐標原點，點擊圓圈繪制，輸入3.2繪出直徑為6.4m的圓，點擊create construction，將圓圈分為六部分。
選擇split，在圓圈邊界上選擇對應的分點，確認。
Name：soil
其余同上
繪圖：基于坐標原點，點擊矩形繪制，輸入（-50，-30），（50,30），繪制出土體。
點擊tool中的partion選擇type：face，選擇sketch，在相應位置（0,5）繪制隧道孔，利用offset curve，繪制部件上的分割區，如圖并將點擊確認
(2) 設置材料及截面特性
進入propert模塊，點擊創建材料，先命名材料名為tunnel，設置彈性模量E為213e7，泊松比為0.2.
創建材料，命名為soil，設置密度為1750，彈性模量隨溫度變化為
Temp=1 E=3E7 V=0.32
Temp=1 E=1.5E7 V=0.32
摩爾庫倫布模型：摩擦角30 剪脹角0.1
保存
(3) 裝配部件（Assembly）
點擊創建整體，選取上面創建的兩種部件tunnel和soil，由于坐標完備，可直接裝備完全。
展開 基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析與優化
本文以廈門東通道海底隧道為工程背景,采用三維有限差分軟件FLAC3D進行流固耦合分析,研究仰拱曲率半徑及仰拱部位的防排水措施對圍巖位移及襯砌結構受力的影響,優化水底隧道斷面形式,以指導大型跨江海的水底隧道的設計和施工。
基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析與優化.pdf
基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析與優化
目前,國內外學者對用于鐵路和公路交通的山嶺隧道斷面形式做了不少研究,并得出一些有價值的結論。但是,研究結論應用于水底隧道是否同樣能滿足襯砌結構受力合理的要求,是值得研究的問題。礦山法修建大斷面鐵路和公路水底隧道,其斷面形式主要采用馬蹄形斷面,并設置仰拱來控制圍巖位移及改善襯砌結構受力。本文以廈門東通道海底隧道為工程背景,采用三維有限差分軟件FLAC3D進行流固耦合分析,研究仰拱曲率半徑及仰拱部位的防排水措施對圍巖位移及襯砌結構受力的影響,優化水底隧道斷面形式,以指導大型跨江海的水底隧道的設計和施工
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展開 MATLAB實戰 | 平面桁架結構受力分析
桁架是工程中常用的一種結構，各構件在同一平面內的桁架稱為平面桁架。如圖7-3所示的平面桁架結構由連接于A、B、C、D、E、F、G、H共8個節點的13根桿件構成。在節點B、E和F上施加指定載荷，求桁架每根桿件上的軸力。
對于靜態平衡的桁架而言，它的各個節點也一定是平衡的，即在任何節點上水平方向或垂直方向受力之和都必須為零。因此，可以對每一個節點列出兩個獨立的平衡方程，從而可求出桿件的軸力。對于8個節點，可以列出16個方程，方程數多于待定的13個未知量。為使該桁架靜定，即為使問題存在唯一解，我們假定：節點A在水平和垂直方向上剛性固定，而節點H僅在垂直方向剛性固定。
展開 用Ansys分析高溫下鋼結構的受力性能。
用Ansys分析高溫下鋼結構的受力性能。
基于ANSYS某旋轉樓梯結構受力分析
【工程概況】
某商場旋轉鋼結構樓梯，采用Q345B鋼材，結構層高3.7m，踏步寬1.5m，內圈直徑3.5m，外圈直徑6m。樓梯兩端均與框架梁鉸接，踏步板截面：□100x100x5,樓梯主梁截面□250x150x8。采用ANSYS對其進行結構受力計算分析。
【材料參數】
本次計算只考慮彈性計算，材料參數如下：
彈性模量：200Gpa;
密度（考慮節點連接，保守估計對結構密度放大1.1倍）：7850*1.1=8635kg/m^3
泊松比：0.3
【荷載參數】
本次計算考慮恒載與活載的最不利組合，附加恒載按0.6,活載按3.5考慮。
【結構建模】
本次建模通過先建立節點，然后建立單元的方法進行，結構單元采用Beam188。首先對原結構進行一定的簡化，計算出各個節點的三維坐標。通過N命令建立節點，然后通過E命令建立單元，值得注意的是，此處除了僅僅建立結構本身需要的節點外，還需要建立結構主梁所需要的方向點。結構模型如下：
【荷載加載】
1、邊界條件設定：樓梯兩端通過預埋件與混凝土框架主梁相連，理論上該連接具有半剛性特點，介于鉸接和剛接之間。若支座采用完全剛接計算，結構相應的位移和應力都很小，偏于不保守；若采用彈簧模擬框架梁與樓梯的連接，由于彈簧參數的取值業內并沒有統一認識，具有太多隨機性，所計算結果并不具有可靠性，故而本次模型偏保守的采用鉸接支座。
展開 雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋結構受力分析
摘 要：以某雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋為工程背景，簡要介紹了橋梁結構形式，并利用有限元軟件建立了全橋施工仿真分析模型，分別對施工階段和運營階段的鋼主梁、邊跨混凝土梁、中跨混凝土橋面板、結構剛度進行了有限元力分析，計算結果均滿足設計要求，可為類似橋梁設計和施工提供理論依據和實踐參考。
關鍵詞：斜拉橋;疊合梁;雙索面;仿真分析;
0 引言
隨著大跨度橋梁結構的不斷發展，斜拉橋屬于最受歡迎的橋型之一，其滿足橋梁設計要求的結構體系的內力研究受到了廣泛關注[1,2]。斜拉橋是塔、拉索和鋼主梁三種基本結構組成的纜索承重結構體系，屬高次超靜定結構[3]。鋼-混凝土組合結構不僅充分發揮了鋼結構、混凝土結構材料受力性能的優勢，還有利于實現施工組織的工廠化和裝配化，提高工程質量和施工效率[4]，在實際工程中，為確保施工期間及成橋狀態結構受力的合理，往往需要提前進行力學性能分析。本文以某雙塔雙所面大跨度疊合梁斜拉橋為例，采用Midas Civil軟件建立有限元模型，對其施工階段和運營階段主要受力性能進行分析，研究結果可為同類橋梁提供借鑒。
1 工程概況
橋梁全長617m，橋梁中心樁號K203+476，該橋為（54+71+360+71+54)m五跨雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，無引橋；斜拉索扇形布置，梁上索距中跨為12m，邊跨8m，塔上索距2.5～3.5m。橋面全寬為28.0m，路線中心線處梁高3.16m，邊主梁中心線處梁高2.9m。邊跨主梁采用混凝土邊主梁形式，斷面全寬28.0m，主梁橫向索中心距26m，截面端面高2.88m，中心高3.16m。本橋采用“H”形主塔，主塔塔身由上塔柱、中塔柱、下塔柱、上橫梁、下橫梁等組成。
展開 abaqus模擬磚泥結構-三點彎受力 ￥19.89
所以研究其不同結構形式對動態斷裂行為的影響是非常有必要和有意義的。本章受紅鮑魚殼體的“漿砌層合”微結構啟發，如圖3-1通過建模軟件ABAQUS設計了不同結構的漿砌層狀仿生復合材料，使用非線性有限元程序ABAQUS模擬了試樣在三點彎曲沖擊載荷下的動態斷裂行為，本文主要探討了硬質材料長寬比、云母層數量對材料斷裂性能的影響。
圖4-1紅鮑魚殼體的“漿砌層狀”微結構
1.2不同云母層數裂紋斷裂行為
本章研究了不同云母層數對斷裂行為的影響，對四個不同層數進行了數值模擬，不同層數的示意圖如圖4-2所示.分別控制云母片的層數為3，5，10，20。依次編號(a),(b),(c),(d)。邊界條件為保持試樣左右端固定，在試樣上方施加豎向均布荷載為100N，其余條件保持原有模型不發生改變，裂紋深度為5mm。
(a)云母片的數量為3層 (b)云母片的數量為5層
(c)云母片的數量為10層 (d)云母片的數量為20層
圖4-2不同云母片層數位置示意圖
1.2.1不同云母層數對應力極值的影響
(a)云母片的數量為3層 (b)云母片的數量為5層
(c)云母片的數量為10層 (d)云母片的數量為20層
圖4-3 不同云母層數的應力圖
圖4-3為3層，5層，10層，20層的Mises應力圖，從圖中可以看出，當模型頂端施加100N的均布壓力時，不同層數模型的應力分布是相似的，即為兩端大中間小。當分析每一層應力云圖時發現上下兩側的應力較大，中性層的應力較小。并且可以很明顯的看出不同層數的模型有應力滑移的趨勢，并且不同層數的模型隨著層數的增加應力最大值逐漸減小。
展開 【經典案例欣賞11】增大截面法加固柱偏壓受力分析（考慮二次受力）
項目難點：
1、二次受力設置；
2、新舊混凝土截面接觸設置；
3、精細建模。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
【iSolver案例分享41】承力方梁受力分析
【iSolver案例分享41】承力方梁受力分析
1. 引言：
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構CAE軟件，對標Nastran/Ansys/Abaqus，以結構有限元分析為核心，具有靜力、模態、穩態、瞬態、非線性、多物理場等常用分析類型，兼容商軟模型接口，精度和商軟完全一致，并支持基于Python及C++的二次開發，快速集成客戶自研算法和分析流程，幫助客戶實現自研程序的商業化包裝和推廣，可用于航天、航空、船舶、汽車、機械、電子等各個領域。
本文以承力方梁受力分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2. 模型背景
此案例為某型承力方梁的靜力學分析，分析對象為不規則三維實體結構，為保證最大限度將模型劃分為六面體網格，需要將模型進行適當切分。該多承力方梁結構材料為鋼，其彈性模量為200000MPa，泊松比為0.33。
3. 建模
考慮到結構的減重設計和模塊化設計，方梁進行了相應的開槽和挖孔設計，結構具體形狀如下：
由于方梁結構形式較為明確，為保證模型的求解精度和求解效率，整體采用六面體網格劃分，單元類型選用實體單元C3D8R，模型共劃分為304383個節點和243304個單元。有限元網格如下圖所示。
模型采用毫米單位制，材料屬性設置如下：
方梁假設受載形式為兩端固支、中心承壓，則約束條件為模型左右兩側約束六個自由度，載荷條件為模型頂部施加40MPa的壓強載荷。
4.
展開 超高層結構受力的特點
超高層結構受力有啥特點？
抗彎比抗剪重要，抗風比抗震重要
抵抗傾覆力矩應是首要考慮
柱如何布置效率更好？
三角形平面是不錯的選擇
與漩渦脫落有關的橫風向風振
影響橫風向風振的因素
來源：土木吧
Abaqus線性動力學 – 結構受力後共振頻率改變
前言：
先前的帖子有介紹藉由提取結構共振頻率來探討其動態特性，本次的主題也是跟共振頻率相關，主要介紹結構受力后共振頻率的改變。回到最基本的關係式，從單自由度系統我們知道，結構共振頻率不外乎與結構的質量及剛度矩陣有關，只要上述兩個項目有改變，就會直接影響結構共振頻率，最常見的就是考慮幾何非線性的情況下，受力后因為剛度矩陣改變而影響共振頻率。
模型說明：
本文欲探討電路板結構受力后共振頻率之改變，模型如下所示。
分析步設定：
建立分析步時，在Frequency前面加上Static, General靜態分析步，必須在求解共振頻率之前讓結構受力，才能觀察其共振頻率的改變，記得要勾選幾何非線性Nlgeom才能考慮大變形！
邊界條件：
提取共振頻率的分析步將電路板底部bracket完全固定，而在靜力分析不時，設定右邊bracket向右位移0.125單位。預期結構受拉力后共振頻率提高，這個概念可以聯想到吉他的弦，當弦拉得越緊，來回綁盪的頻率越高，相反則是屈曲，細長構件受壓到超過容許范圍將發生屈曲。因此，可以想像結構受拉力剛度提高、受壓力剛度降低。
結果檢核：
檢查最容易被激發動態效應的第一模態，結構共振頻率從102.15Hz提高到202.69Hz，符合前面的預期，結構受到拉力后，因為剛度提高造成共振頻率也提高。
后處理小技巧：
同時有Static, General及Frequency分析步時，撥放動畫會接連著撥，可以從后處理取消顯示特定的分析步，避免動態顯示跳來跳去。
更多線性動力相關教程請參考：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15346
展開 風雨不動安如山：大跨空間結構受力研究
建立拉索和壓桿精確力學分析模型
拉索和壓桿是大跨結構中常用的兩種構件，壓桿由實心或空心鋼材制成，主要承受壓力。拉索由索材制成，主要承受拉力。由于索材的強度比鋼材強了好幾倍，所以拉索截面相比鋼構件來說小了很多，自重也輕了很多，所以在很多的大跨建筑、橋梁之中都可以看到索材料的運用。
在袁行飛老師的課題研究中，就建立了鋼拉索靜力拉伸模型，考察了鋼絞線外層鋼絲螺旋角變化時，鋼絞線總軸力、彈性模量、抗彎剛度等參數的變化規律及截面應力分布規律，引入截面應力修正系數對截面平均應力進行修正。對大跨空間結構中常用的兩類索支撐壓桿——兩端索支撐壓桿和一端剛性桿支撐一端索支撐壓桿進行了非線性有限元分析，探討了支撐索不同初始預應力、初始缺陷和支撐桿不同剛度對壓桿及索桿單元穩定性的影響。推導了適用于向量式有限元的精細梁單元彈性應變和內力計算公式，并利用高斯積分法進行精細梁單元塑性分析，對平截面假定進行了修正。上述構件精確力學分析模型的建立為實現大跨結構受力分析打下了基礎。
惡劣天氣下的屋蓋研究
袁行飛老師回顧了大跨空間結構研究的發展歷程說：“常規荷載下的大跨空間結構受力分析已經持續了很多年，在我這個課題里，主要突出的是惡劣天下環境下的大跨空間結構受力研究。一般的設計師都能夠考慮到風和日麗情況下的建筑該怎么設計，但是像臺風、暴風雪、冰霜結冰、強降雨這些突發性的惡劣天氣，常規的設計師就很難考慮到。”
就拿臺風為例，袁行飛團隊的項目研究就基于 Yan Meng 臺風模型，確定了影響臺風風場的關鍵參數，擬合得到了臺風平均風剖面指數。用 FLUENT 軟件數值模擬了常規風場和臺風風場，得到了兩種風場下球面網殼平均風壓系數。采用諧波合成法，用 MATLAB 模擬了球面網殼結構在常規風場和臺風風場下表面各點的風速時程。
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