Midas二维衬砌分析

1基础例题9二维衬砌分析二维衬砌分析GTS基础例题9.-二维衬砌分析运行GTS1概要2地基反力系数/3生成分析数据4属性/4二维几何建模/7生成二维网格/9对齐坐标系/11分析13边界条件/13荷载/16荷载条件/20分析工况/23分析/25查看分析结果26位移/26反力/28轴力/30弯矩/31GTS基础例题91二维衬砌分析此操作例题主要是针对开挖施工的隧道如何建模及查看分析结果进行有关二维衬砌分析的说明。由于衬砌模型是进行隧道结构的设计所以定义结构的属性、定义地基弹簧以及定义荷载组合非常重要。此例题中我们将介绍在梁单元上便利的加土压、地基弹簧和荷载组合的线性梁单元荷载、曲面弹簧支撑及组合荷载组为新组的功能。然后利用只受压单元(Compression-onlyElasticLink)建立地基弹簧后进行边界非线性分析。运行GTS运行程序。1.运行GTS程序。2.点击文件新建打开新项目。3.弹出项目设定对话框。4.项目名称处输入‘基础例题9’。5.模型类型指定为‘2D’。6.分析约束指定为‘X-Z平面’。7.其他的直接使用项目的默认值。8.点击。9.主菜单里选择视图显示选项...。10.一般表单里网格节点显示指定为‘True’。11.点击。12.点击关闭显示选项对话框。二维衬砌分析2概要此操作例题中使用的数据由于只是为了熟悉分析过程所以与实际工程中使用的也许会有所不同。例题中使用的隧道开口部的相关数据和荷载如下。隧道型式:二维衬砌埋深:3m土的特性:重量密度sγ=2.0tonf/m3内部摩擦角φ=30°土压系数K0=1−sinφ=0.5使用材料:混凝土设计标准强度fck=270kgf/cm2重量密度γ=2.5tonf/m3弹性系数Ec=2.77x106tonf/m3隧道形状:3心圆隧道(R1=4.665m,R2=3.0m,A1=60°,A2=60°)此操作例题中使用的隧道的截面形状如下所示并显示了计算的静止土压力。隧道结构里加载结构自重、竖直土压和水平土压力。”60°R1=4.665mR2=3.000m3.000P1=3.0tonf/㎡P2=8.3325tonf/㎡(0,0,5.3325)P2=8.3325tonf/㎡P1=3.0tonf/㎡(-4.040009,0,3)(-4.040009,0,0)(0,0,0)120°(4.040009,0,0)(4.040009,0,3)0.400mGTS基础例题9-1”浅埋隧道时可以通过静止土压力和主动土压力来进行分析，但是深埋隧道需要按照坍落拱来进行分析。GTS基础例题93隧道的墙壁使用梁单元，然后地基弹簧使用只受压弹性连接来建模。GTS基础例题9-2地基反力系数隧道下端的竖直方向地基反力系数利用道桥设计标准的地基反力计算式来计算。”111140046.66703030kEvoα==××=kgf/cm380014001058.3BAvv==×=cm0E=28N=28×50=1400kgf/cm2331058.34446.66703030Bvkkvv−−⎛⎞⎛⎞==×⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠=3.224kgf/cm3=3224tonf/㎥隧道墙壁:梁单元地基弹簧只受压弹性连接”由于是衬砌所以只在下板上加弹簧。二维衬砌分析4生成分析数据属性生成属性。1.主菜单里选择模型特性属性…。2.属性对话框里点击右侧的。3.选择‘直线’。”4.添加/修改线属性对话框里号指定为‘1’。5.名称处输入‘Lining’。6.单元类型指定为‘梁’。7.为生成材料点击材料右侧的。选择梁单元属性时需要指定材料和截面信息。8.添加/修改结构材料对话框里号指定为‘1’。9.名称处输入‘C270’。10.点击颜色右侧的指定颜色。11.材料参数的弹性模量(E)处输入‘2.77e6’。”12.材料参数的泊松比(u)处输入‘0.18’。13.材料参数的重量密度(Y)处输入‘2.5’。14.热参数的热膨胀系数(α)处输入‘1e-5’。15.点击。”为了加梁单元或者桁架单元需要定义直线属性。”输入以相应的混凝土强度为基准计算的弹性模量。GTS基础例题95GTS基础例题9–316.添加/修改线属性对话框里材料指定为‘C270’。17.为了定义截面特性点击特性右侧的。18.添加/修改特性对话框的线类型的号指定为‘1’。19.名称处输入‘Lining’。20.点击颜色右侧的指定适当的颜色。21.类型指定为‘梁’。GTS基础例题9–4二维衬砌分析622.为了计算矩形截面的截面特性勾选截面库。”23.确认形状指定为‘方形’。24.H处输入‘0.4’。25.B处输入‘1’。26.点击。27.添加/修改特性对话框里点击。28.添加/修改线属性对话框里点击。29.属性对话框里确认生成‘Lining’属性。30.点击。GTS基础例题9–5GTS基础例题9–6”截面库里有方形、圆形以及管形等多样化的截面形状并且自动计算截面特性值。GTS基础例题97二维几何建模利用GTS里提供的生成隧道截面形状的功能建立隧道模型。1.主菜单里选择几何曲线在工作平面上建立二维隧道(线组)…。”2.隧道类型选择‘3心圆’。3.R1处输入‘4.665’后按回车。4.A1处输入‘60’,R2处输入‘3’,A2处输入‘60’。5.取消勾选生成线组。6.点击。7.视图工具条里点击缩放全部。GTS基础例题9–7”GTS里提供多种隧道截面形状的模板。(3心圆,5心圆,有各种仰拱的类型)二维衬砌分析8GTS基础例题9–88.在模型工作目录树的几何曲线里确认是否已生成4个‘隧道截面’曲线。GTS基础例题9–9”若勾选的话就会像CAD的多义线一样将直线捆绑成一个线组。GTS基础例题99生成二维网格利用自动划分线网格功能生成二维梁单元。利用网格自动化分网格线…命令在前面生成二维曲线里分配梁单元。”首先生成隧道侧壁德梁单元。1.主菜单里选择网格自动划分网格线…。2.状态下选择隧道侧面德EdgeA,C。3.播种方法指定为‘分割数量’。”4.分割数量处输入‘8’。5.属性号输入‘1’。6.网格组处删除‘自动划分网格(线)’后输入‘Wall’。7.点击预览按钮确认指定的网格的分割个数。8.点击。GTS基础例题9–10利用和上面同样的方法生成隧道拱顶和底板的梁单元。9.状态下选择隧道拱顶的EdgeB。10.播种方法指定为‘分割数量’。11.分割数量处输入‘20’。”12.属性指定为‘1’。BCAD”不但可以根据单元分割个数也可以根据单元的大小来进行节点播种。”如果不想建立几何形状直接生成网格时利用模型单元建立单元…功能。”由于曲线状态的隧道衬砌现在利用直线来建模，所以为了减少误差两单元间的连接角度不超过15°。二维衬砌分析1013.网格组处输入‘Crown’。14.点击预览按钮确认指定的网格的分割个数。15.点击。16.状态下选择隧道底板的EdgeD。17.播种方法指定为‘分割数量’。18.分割数量处输入‘16’。19.属性指定为‘1’。20.网格组处输入‘Slab’。21.点击预览按钮确认指定的网格的分割个数。22.点击。23.为了查看生成的单元在模型工作目录树里选择特性特性线点击鼠标右键调出关联菜单。24.选择显示全部。”25.若已查看生成的截面就重新选择特性特性线点击鼠标右键调出关联菜单选择隐藏全部。GTS基础例题9–11”通过截面库定义的特性值其形状可以像三维实体单元一样查看。GTS基础例题911对齐单元坐标系梁单元的内力是以单元坐标系(ElementLocalAxis)为基准输出的。由于单元坐标系与生成单元的顺序与方向有关，所以为了生成统一的单元在建模的时候需要考虑单元坐标系。确认生成的单元坐标系。”1.工作目录树里在网格网格组里利用Shift键选择全部生成的‘Wall’,‘Crown’,‘Slab’点击鼠标右键调出关联菜单。2.选择关联菜单的显示单元坐标系。”3.用与1同样的方法选择‘Wall’,‘Crown’,‘Slab’网格组后调出关联菜单选择显示显示单元号。GTS基础例题9–12如上图所示隧道的墙上的单元(EL.5,6,7,8,9,10,11,12)的单元坐标系并没有对齐。将修改没有对齐单元坐标系的单元。4.主菜单里选择模型单元修改参数…。5.选择过滤指定为‘单元(T)’。”在视图显示选项里可以调整单元坐标轴的大小。”由于梁单元只能输出局部内力所以必须对齐单元坐标轴。二维衬砌分析126.状态下利用模型窗口选择隧道墙下端的Element5,6,7,8,9,10,11,12。7.勾选单元坐标轴。8.BetaAngle指定为‘180’。”9.点击。10.点击视图工具条的等轴侧视图查看对齐的单元坐标系。GTS基础例题9–1311.重复1~3的过程隐藏单元坐标系和单元号。12.在视图工具条里点击前视图。”为了将单元的z轴沿着同一方向进行建模，所以修改BetaAngle。GTS基础例题913分析边界条件利用曲面弹簧功能定义模型的边界条件。选择赋予地基弹簧的节点后输入相应的地基反力系数，程序会考虑选中的节点间的距离自动按各节点计算弹簧系数。由于隧道的开挖部分的下部土体不能抗拉所以地基弹簧使用只受压单元(Compression-only)进行边界非线性分析。本例题是开挖隧道所以隧道的侧壁和拱顶不建立地基弹簧，只在底板以地基弹簧输入边界条件进行分析。1.主菜单里选择模型单元建立曲面弹簧…。2.为定义边界组点击边界组右侧的。3.在边界组对话框的名称处输入‘GroundSpring’后点击。4.点击。5.对象里类型指定为‘梁’。”6.对象里单元宽度处输入‘1’。”7.点击。8.状态下参考图GTS基础例题9–14拖动模型窗口选择16个单元。GTS基础例题9–149.边界类型里选择弹性连接。”10.方向指定为‘GCS-z(-)’。11.地基反力系数输入‘3224’。”曲面弹簧可以加在直线、平面、平面的线上，也可以加在实体的面上。”对于使用只受压或者只受拉这样的非线性功能需要使用弹性连接。”由于是二维模型所以将单元宽度输入‘1’。二维衬砌分析1412.弹性连接长度处输入‘1’。”13.勾选只受压。14.最大属性数量指定为‘100’。”15.点击。GTS基础例题9–15”指定要计算的弹簧系数的个数。如果输入‘1’的话节点间距即使有点不同也是只计算一个地基弹簧然后在所有的节点上设置同样的弹簧。默认值指定为100。”由于弹性连接长度对分析结果没有影响所以输入任意值。GTS基础例题915此例题中虽然对称加载土压不需要X方向的边界条件，但是为了防止分析时产生数值上的误差定义X方向的边界条件。此例题在隧道的拱顶顶点处定义边界条件。16.主菜单里选择模型边界支撑…。17.边界组对话框里的名称处输入‘GroundSpring’。18.对象的类型指定为‘节点’。19.点击。20.拖动模型窗口选择拱顶的28个节点。21.在DOF里勾选UX。22.点击预览按钮确认是否正常的输入了拱顶的边界条件。23.点击。GTS基础例题9–16Node28;隧道拱顶二维衬砌分析16荷载定义模型的荷载工况。此模型里作用的荷载为结构自重、水平土压和竖直土压力三种。首先定义自重。1.主菜单力选择模型荷载自重…。2.荷载组力输入‘SelfWeight’。”3.自重系数的Z处输入‘-1’。4.点击。输入水平土压力。如图GTS基础例题9–1所示的梯形荷载利用连续梁单元荷载来加载。5.主菜单力选择模型荷载连续梁单元荷载…。6.荷载组力输入‘HorizontalSoilPressure’。7.单元选择指定为‘选中的单元’。”8.状态下参考图GTS基础例题9–17选择点1。9.状态下选择点2。GTS基础例题9–17213AB”即使不单独生成荷载组，如果像这样输入的话也会自动生成SelfWeight的荷载组，同时自重自动注册到SelfWeight荷载组里。”直接加载在用户选中的单元上。当单元不位于连接基准点所形成的直线上时选择连续梁单元荷载时使用。GTS基础例题91710.点击。11.状态下