公路隧道二次衬砌受力分析
课 程 设 计 任 务 书
题 目 公路隧道二次衬砌受力分析
一、设计的目的
学会利用ANSYS的功能分析隧道二次衬砌等一些相对复杂的结构，使
对ANSYS的操作更加娴熟，更好的投入实际应用。
二、设计的内容及要求
设计内容：某高速公路隧道，采用矿山法施工，隧道V级围岩中。其围岩埋深为21.173m，隧道内断面轮廓如下图，采用C30混凝土，厚度为50cm。做出内力图，列出各单元内力值。《二衬荷载按照计算荷载的30%计算，并保留三位小数》
操作步骤：
1.1 指定工作文件名。
执行“开始→程序→ANSYS→ANSYS Product Launcher”菜单命令创建Job Name为Mechanical analysis on permanent lining of tunnel in Express-way 1.2 定义分析标题
执行“Utility Menu→File→Change Title”菜单命令，在对话框中输入“Mechanical analysis on permanent lining of tunnel in Express-way” Main Menu→preferencers在弹出的菜单选择structural. 1.3定义单元类型
执行“Main Menu→Preprocess→Element Type→Add/Edit/Delete”然后执行：add→beam→2D elastic 3→OK；再Add→COMBIN→Spring-damper14→OK关闭窗口。
1.4定义单元实常数
执行Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete→add→ok→Type 1 BEAM3 →OK→Real Constant Set No.栏中输入1，在AREA栏输入0.5→在IZZ(惯性矩)栏输入0.5*0.5*0.5*/12→HEIGHT(高度)栏输入0.5→Apply;同理定义弹簧实常数k，100e6。 1.5定义材料属性
1、执行：Main Menu→Preprocessor→Material props→Material Models→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→在弹性模量EX栏输入30e9→在PRXY栏输入0.2→OK，再点击Density，DENS栏输入2500 →执行“Meterial→
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New Modle”，单击OK，双击Isotropic，在EX栏填写1E9，在PRXY栏填写0.35，单击OK，双击Density，在DENS栏填写1800，单击OK，关闭对话框； 1.6定义截面属性
Main Menu→Preprocessor→sections→Beam→Common sections→B中输入,1→在H中输入0.5→ok 1.7建立几何模型
⑴ 执行：Main Menu→preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→in active CS→依次输入坐标点1（0,0）点击Apply,如此依次输入，2（-3.34，0），3（3.34,0），4（0,11.37），点击OK。 ⑵ 执行命令circle,1,5.65 circle,2,2.52
circle,3,2.52
circle,4,14.25
circle,1,6.65
circle,2,3.52 circle,3,3.52 circle,4,15.25生成八个圆。
⑶ 执行Modeling →operate→booleans→overlay然后根据需要两根线搭接生成关键点。
⑷ 执行Modeling→delete→lines only选择不需要的线点击Apply→OK. ⑸ 执行PlotCtrls→Symbols→LDIR Line将off打√变为on→OK.
⑹ 执行Modeling→move/modify→reverse Normols→of lines→on打√变为yes→OK. 1.8划分单元
GUI执行：MainCMenu→preprocessor→Meshing→Mesh tool→Element Attributes选择lines→set→选择L1、L2、L6、L10、L9、L11、L12、L8的8段→Apply→OK; Size Controls→lines→set→选择L3、L4、L1、L2的4段→Apply在NDIV输入16→OK；同理分别选择L5、L6、L7、L8、L10、L14、L12、L16→输入2；L9、L11、L13、L15→输入10；点击OK，点击Mesh,点击Pick All. 1.9生成弹簧
执行：PlotCtrls→Numbering→勾选Node number为on
执行：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Eelement→Elem Attributes→选择所有都为第二项→OK。
执行：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Eelement→Auto Numbered→thru Nodes→然后相应节点相连接，即生成弹簧单元。 执行Meshing→clear→选中外面的线→点击OK。
执行Modeling→delete→lines only选择不需要的线点击Apply→OK. 2.0加约束，荷载
(1)执行：Main→Menu→solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→on nodes→在弹簧末端施加UX、UY方向约束;
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(2) 执行 F, 17 , fx, -1396.85 fy, -123119 F, 16 , fx, -2809.83 fy, -121337 F, 15 , fx, -4253.78 fy, -118387 F, 14 , fx, -5741.03 fy, -114297 F, 13 , fx, -7280.22 fy, -109106 F, 12 , fx, -8875.4 fy, -102865 F, 11 , fx, -10525.2 fy, -95632.5 F, 10 , fx, -12222.4 fy, -87479.3 F, 9 , fx, -13953.5 fy, -78483.6 F, 8 , fx, -15699 fy, -68732 F, 7 , fx, -17433.5 fy, -58318.6 F, 6 , fx, -19126.1 fy, -47343.4 F, 5 , fx, -20741.8 fy, -35912.4 F, 4 , fx, -22241.9 fy, -24135.5 F, 3 , fx, -23585.9 fy, -12126.1 F, 1 , fx, -27049.8 fy, 0 F, 72 , fx, -30500.5 fy, 0 F, 71 , fx, -25909.2 fy, 0 F, 109 , fx, -18697.7 fy, 0 F, 99 , fx, -12293.4 fy, 0 F, 108 , fx, -7808.54 fy, 0 F, 107 , fx, -7028.54 fy, 0 F, 106 , fx, -6218.13 fy, 0 F, 105 , fx, -5380.78 fy, 0 F, 104 , fx, -4520.12 fy, 0 F, 103 , fx, -3639.86 fy, 0 F, 102 , fx, -2743.81 fy, 0 F, 101 , fx, -1835.85 fy, 0 F, 100 , fx, -992.454 fy, 0 F, 2 , fx, 0 fy, -123714 F, 19 , fx, 1396.846 fy, -123119 F, 20 , fx, 2809.825 fy, -121337 F, 21 , fx, 4253.781 fy, -118387 F, 22 , fx, 5741.026 fy, -114297 F, 23 , fx, 7280.218 fy, -109106 F, 24 , fx, 8875.395 fy, -102865 F, 25 , fx, 10525.21 fy, -95632.5 F, 26 , fx, 12222.4 fy, -87479.3 F, 27 , fx, 13953.54 fy, -78483.6 F, 28 , fx, 15699.04 fy, -68732 F, 29 , fx, 17433.46 fy, -58318.6 F, 30 , fx, 19126.09 fy, -47343.4
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F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, 31 32 33 18 74 73 86 75 77 78 79 80 81 82 83 84 85 , , , , , , , , , , , , , , , , , fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, fx, 20741.76 22241.93 23585.93 27049.78 30500.54 25909.15 18697.68 12293.39 7808.54 7028.54 6218.125 5380.782 4520.12 3639.859 2743.807 1835.849 992.4544 fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, fy, -35912.4 -24135.5 -12126.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (3) 自重荷载Main→Menu→solution→Define Loads→Apply→Structural→Inertia→Gravity→Global→ACELY栏中输入10→OK 2.1求解
GUI执行：Main→Menu→solution→solve→current LS→ok，得到一个计算结果。
2.2计算变形图。
执行：select entities 选择Elements和 Reselect，选择衬砌。单击OK。 执行；Plotctrls →style→size and shape→Display of element→勾选为On 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot result→Deformed shape→得出变形图。
执行：File →Report Generator-Append,生成一个抓图工具，抓取变形图。 2.3定义轴力、剪力、弯矩
GUI执行：Main→Menu→Geaneral postproc→ Element table→Dfine table→add→By sequence num→定义轴力在lab栏中输入→IN→SMISC,1→Apply；在lab栏中输入→IN→SMISC,7→Apply；同理定义剪力IQ、JQ,分别对应SMISC,2、SMISC,8；同理定义弯矩IM、JM，分别对应SMISC,6、SMISC,12。 2.4分别绘制出轴力、剪力、弯矩图
(1) 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot Results→contor plot→line elem res→LabI选择1,LabJ选择7→OK得出了轴力图。
(2) 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot Results→contor plot→line elem res→LabI选择2,LabJ选择8→OK得出了剪力图。
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(3) 执行：Main→Menu→Geaneral postproc→Plot Results→contor plot→line elem res→LabI选择6,LabJ选择12，Fact栏中输入-1→OK得出了弯矩图。若受力图不对，则可能是因为上部弹簧受拉造成。则执行命令nropt,full,, allsel
outres,all,all
再执行：solution→load step opts→other→Dirth&death→kirl element选择上面相对称的弹簧→OK。再执行上面操作查看内力图，直到满足要求为止。得到图形如下：
受力图：
变形图：
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