地下工程课程设计明挖地铁车站内力结构分析.doc

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1、目 录 课程设计任务书- 1 -GUI方式- 3 -一、打开ANSYS- 3 -二、建立模型- 3 -1、定义单元类型- 3 -2、定义单元实常数- 3 -3、定义材料特性- 3 -4、定义截面- 3 -5、建立几何模型- 3 -6、划分网格- 4 -7、建立弹簧单元- 4 -三、加载求解- 5 -1、施加位移约束- 5 -2、施加荷载- 6 -（1）计算结构所受荷载- 6 -（2）施加结构所受荷载- 6 -（3）施加重力场- 7 -3、求解- 8 -四、查看计算结果- 8 -1、添加单元表- 8 -2、查看变形图- 8 -3、查看各内力图- 9 -4、查看内力列表- 9 -单元内力表- 11

2、 -APDL方式- 17 -课 程 设 计 任 务 书专 业 姓 名 学 号 开题日期：年 月 日 完成日期：年 月 日题 目 明挖地铁车站内力结构分析 一、设计的目的 熟悉ANSYS软件，练习课堂所学知识，为今后的毕业设计打下良好的电算基础。 练习使用梁单元和弹簧单元建模进行结构内力分析 二、设计的内容及要求 某地铁岛式车站采用明挖法施工，车站埋深为4.113 m，地下水位距地面为8.023 m,站厅、站台层柱子为d=0.8 m的圆形柱，纵向柱间距为8 m，纵向共16跨，长160 m，中间岛式站台长110m。衬砌材料采用C30钢筋混凝土（E=30Gpa，=0.2，=25kN/m），地面荷载取

3、20kPa的均布荷载，站厅层人群荷载取4kPa的均布荷载，是被荷载取8kPa的均布荷载。地基弹性范例系数取77.4Mpa/m。车站的横断面如下图： （单位：m） 各层土的物理参数见下表： 地层名称重度（kN/m）内摩擦角（） 素填土18.08.0 粉质粘土19.216.3 粉质粘土19.620.8 中粗砂18.826.0 试分析：纵向单位跨度地铁车站的内力。（采用基本荷载组合计算） 成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日GUI方式：一、 打开ANSYS打开ANSYS软件。GUI方式：执行“Utility MenuFileChange Title”菜单命令。在弹出窗口中输入“Mechanical

4、 anslysis on the subway station”作为ANSYS图形显示时的标题。二、 建立模型1、 定义单元类型GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete”菜单命令。在弹出对话框中添加单元类型Beam3和combination14。2、 定义单元实常数GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete”菜单命令。分别对Beam3和combination14添加实常数，数据如下表：No.AREAIZZHEIGHT10.80.8*3/120.8

5、20.60.6*3/120.6311/12140.90.9*3/120.950.4*2*ACOS（-1）0.8*4* ACOS（-1）/640.8677.4E63、 定义材料特性GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorMaterial PropsMatarial Models”菜单命令。输入材料特性：EX=3E10，PRXY=0.2，DENS=2500。4、 定义截面GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorSectionsBeamCommon Sections”菜单命令。新建5个截面，数据如下表所示：IDSub-TypeBH1矩形10.82矩形10.63

6、矩形114矩形10.95圆形R=0.45、 建立几何模型GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS”菜单命令。键入点坐标如下表所示：点号1234567891011X00009.059.059.0518.118.118.118.1Y-4.513-8.023-9.413-15.763-4.513-9.413-15.763-4.513-8.023-9.413-15.763GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line”菜单命令

7、。连接两关键点生成线:线编号L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14点号1153647432568910点号25861071132167910116、 划分网格GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool”菜单命令。在Element Attributes的下拉菜单里面选中Lines，单击【Set】,分别对各条线编辑属性，如下表：选择的线L1，L2L3，L4L5，L6L7，L8，L9，L12，L13，L14L10，L11MAT1REAL12345TYPE1 Beam3SECT12345单击Mesh Tool对话框Size下

8、面Line后面的【Set】,设计每条线划分的单元数，如下表所示：选择的线L1，L2，L3，L4，L5，L6L7，L11，L14L8，L13L9，L12L10NDIV18133710单击Mesh Tool对话框中的【Mesh】按钮，选择全部线，单击【OK】，完成网格划分。7、 建立弹簧单元GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorModelingCopyNodesCopy”菜单命令。选中L5、L6上的所以Nodes，在“Copy Nodes”对话框中，ITIME后输入2，DY后输入-1，如下图所示。 GUI方式：执行“Utility MenuSelectEntities”菜单命

9、令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“Y coordinates”,在Min，Max后输入“-15.763,-16.763”，点击【OK】。GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes”菜单命令。在弹出的“Element Attributes”对话框中,TYPE选“2 COMBIN14”，REAL选“6”，SECNUM选“No Section”，单击【OK】。 GUI方式：执行“Main MenuPreprocessorModelingCr

10、eateElementsAuto NumberedOffset Nodes”菜单命令。在弹出对话框中，DY后输入“1”，单击【OK】。三、 加载求解1、 施加位移约束GUI方式：执行“Utility MenuSelectEntities”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“Y coordinates”,在Min，Max后输入“-16.763”，点击【OK】。GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplcementOn Node”菜单命令。点击【Pic

11、k All】，选择全部节点，在弹出对话框中选择“ALL DOF”，单击【OK】。GUI方式：执行“Utility MenuSelectEntities”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“Y coordinates”,在Min，Max后输入“-15.763”，点击【OK】。GUI方式：执行“Utility MenuSelectEntities”菜单命令。在弹出的“Select Entities”对话框中选择“Nodes”，“By Location”，“X coordinates”,在Min，Max后输入“9.05”，点击

12、【OK】。GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplcementOn Node”菜单命令。点击【Pick All】，选择全部节点，在弹出对话框中选择“UX”，单击【OK】。2、 施加荷载（1） 计算结构所受荷载按基本荷载组合，计算如下表所示：顶板路面荷载20 kPa垂直土压力1.518+2.819.2+（4.113+0.8/2-1.5-2.8）19.6 = 84.9348 kPa1.420+1.3584.9348 = 142.66198 kPa中板人群荷载4 kPa设备荷载8 kPa1.44+1.358 = 16.4 k

13、Pa底板垂直水压力(4.113+0.8/2+4.9+6.35-8.023)10 = 77.4 kPa1.3577.4 = 104.49 kPa边墙土侧压力上=(81.5+16.32.8+20.80.213)/4.513=13.751.3584.9348tan(45-13.75/2) = 70.6 kPa下=(81.5+16.32.8+20.82+269.463)/15.763=21.9=(181.5+19.22.8+19.62+18.89.463)/15.763=18.9 kN/m1.3518.915.763tan(45-21.9/2) = 183.67 kPa(先分别算出，再加权平均，算出结

14、果为187.575 kPa)侧向水压力下104.49 kPa（2） 施加结构所受荷载a水平荷载GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Beams”菜单命令。选择顶板的梁单元，在弹出对话框中的VALI后输入值“142661.98”，单击【Apply】。选择中板的梁单元，在弹出对话框中的VALI后输入值“16400”，单击【Apply】。选择顶板的梁单元，在弹出对话框中的VALI后输入值“-104490”，单击【OK】。b侧向荷载GUI方式：执行“Utility MenuListPict Entities+”菜

15、单命令。在弹出的“Model Query Picker”对话框中选择：“Pick”，“Box”，“Length”，“Elements”，分别选择左边墙和右边墙的梁单元。复制弹出列表中的内容到Excel，整理并计算，可得下表：Element No.(L)Element No.(R)Length土侧压力(上)(Pa)水侧压力(下)(Pa)1311550.501429706001301560.50142975639.692151291570.50142980679.38431281580.50142985719.076461271590.50142990758.768611261600.501429

16、95798.460761251610.501429100838.15291241620.463333105877.84516254.9914591231630.463333110534.647312509.982921221640.463333115191.449518764.974381211650.488462119848.251725359.207121201660.488462124757.61731953.439861191670.488462129666.982238547.67261181680.488462134576.347545141.905341171690.488462

17、139485.712751736.138081161700.488462144395.07858330.370821151710.488462149304.443264924.603561141720.488462154213.808571518.83631131730.488462159123.173778113.069041121740.488462164032.53984707.301781111750.488462168941.904291301.534521101760.488462173851.269597895.767261091770.488462178760.63471044

18、90183670土侧压力：GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Beams”菜单命令。从上向下每间隔1个单元选择一个边墙的单元，按上表所示的值，输入边墙单元所受的一对土压力值。水侧压力：GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine LoadsSettingsReplace vs AddSurface Loads”菜单命令。在弹出的对话框中，（PRES）下的Oper中选择“Add to existing”,单击【OK】。GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine L

19、oadsApplyStructuralPressureOn Beams”菜单命令。从水位线处开始，从上向下每间隔1个单元选择一个边墙的单元，按上表所示的值，输入边墙单元所受的一对水的压力值。（3） 施加重力场GUI方式：执行“Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravityGlobal”菜单命令。在弹出对话框中的ACELY后输入值“10”，单击【OK】。结基本构图3、 求解GUI方式：执行“Main MenuSolutionSolveCurrent LS”菜单命令。在弹出对话框中点击【OK】，开始计算。四、 查看计算结果1、

20、添加单元表GUI方式：执行“Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table”菜单命令。新建6个单元表，分别是： Lab Item Lab Item轴力 I_N By sequence num SMISC,1 J_N By sequence num SMISC,7剪力 I_V By sequence num SMISC,2 J_V By sequence num SMISC,8弯矩 I_M By sequence num SMISC,6 J_M By sequence num SMISC,122、 查看变形图GUI方式：执行“Main Men

21、uGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape”菜单命令。在弹出对话框中选择“Def + undeformd”，单击【OK】。变形图3、 查看各内力图GUI方式：执行“Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotLine Elem Res”菜单命令。在弹出对话框中分别选择不同的Lab，可以分别查看轴力图、剪力图、弯矩图。 LabI LabJ Fact轴力图 I_N J_N 1剪力图 I_V J_V 1弯矩图 I_M J_M -14、 查看内力列表GUI方式：执行“Main MenuGeneral Po

22、stprocList ResultsElem Table Data”菜单命令。在弹出对话框中选择“I_N”、“J_N”、“I_V”、“J_V”、“I_M”、“J_M”，单击【OK】。轴力图剪力图弯矩图单元内力表PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM I_N J_N I_V J_V I_M J_M 1 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.69024E+06-0.60

23、846E+06-0.82573E+06-0.49925E+06 2 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.60846E+06-0.52667E+06-0.49925E+06-0.21389E+06 3 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.52667E+06-0.44489E+06-0.21389E+06 30348. 4 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.44489E+06-0.36311E+06 30348. 0.23347E+06 5 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.36311E+06-0.28133E+06 0.

24、23347E+06 0.39547E+06 6 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.28133E+06-0.19954E+06 0.39547E+06 0.51636E+06 7 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.19954E+06-0.11776E+06 0.51636E+06 0.59613E+06 8 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.11776E+06 -35977. 0.59613E+06 0.63477E+06 9 -0.32142E+06-0.32142E+06 -35977. 45805. 0.63477E+06 0.6

25、3230E+06 10 -0.32142E+06-0.32142E+06 45805. 0.12759E+06 0.63230E+06 0.58871E+06 11 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.12759E+06 0.20937E+06 0.58871E+06 0.50401E+06 12 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.20937E+06 0.29115E+06 0.50401E+06 0.37818E+06 13 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.29115E+06 0.37294E+06 0.37818E+06 0.21

26、123E+06 14 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.37294E+06 0.45472E+06 0.21123E+06 3170.7 15 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.45472E+06 0.53650E+06 3170.7 -0.24601E+06 16 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.53650E+06 0.61829E+06-0.24601E+06-0.53631E+06 17 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.61829E+06 0.70007E+06-0.53631E+06-0.86773E+

27、06 18 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.70007E+06 0.78185E+06-0.86773E+06-0.12403E+07 19 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.78192E+06-0.70013E+06-0.12403E+07-0.86770E+06 20 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.70013E+06-0.61835E+06-0.86770E+06-0.53625E+06 21 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.61835E+06-0.53657E+06-0.53625E+06-0.245

28、91E+06 22 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.53657E+06-0.45478E+06-0.24591E+06 3300.2 23 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.45478E+06-0.37300E+06 3300.2 0.21140E+06 24 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.37300E+06-0.29122E+06 0.21140E+06 0.37837E+06 25 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.29122E+06-0.20944E+06 0.37837E+06 0.50423E+06

29、 26 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.20944E+06-0.12765E+06 0.50423E+06 0.58897E+06 27 -0.32142E+06-0.32142E+06-0.12765E+06 -45870. 0.58897E+06 0.63259E+06 28 -0.32142E+06-0.32142E+06 -45870. 35913. 0.63259E+06 0.63510E+06 29 -0.32142E+06-0.32142E+06 35913. 0.11770E+06 0.63510E+06 0.59648E+06 30 -0.32142E+

30、06-0.32142E+06 0.11770E+06 0.19948E+06 0.59648E+06 0.51675E+06 31 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.19948E+06 0.28126E+06 0.51675E+06 0.39589E+06 32 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.28126E+06 0.36304E+06 0.39589E+06 0.23392E+06 33 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.36304E+06 0.44483E+06 0.23392E+06 30833. 34 -0.32142E+0

31、6-0.32142E+06 0.44483E+06 0.52661E+06 30833. -0.21338E+06 35 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.52661E+06 0.60839E+06-0.21338E+06-0.49870E+06 36 -0.32142E+06-0.32142E+06 0.60839E+06 0.69018E+06-0.49870E+06-0.82515E+06 37 -91902. -91902. -0.14238E+06-0.12660E+06-0.21647E+06-0.14885E+06 38 -91902. -91902. -0.

32、12660E+06-0.11081E+06-0.14885E+06 -89173. 39 -91902. -91902. -0.11081E+06 -95022. -89173. -37430. 40 -91902. -91902. -95022. -79235. -37430. 6376.4 41 -91902. -91902. -79235. -63447. 6376.4 42245. 42 -91902. -91902. -63447. -47660. 42245. 70176. 43 -91902. -91902. -47660. -31873. 70176. 90170. 44 -9

33、1902. -91902. -31873. -16086. 90170. 0.10223E+06 45 -91902. -91902. -16086. -298.40 0.10223E+06 0.10634E+06 46 -91902. -91902. -298.40 15489. 0.10634E+06 0.10253E+06 47 -91902. -91902. 15489. 31276. 0.10253E+06 90770. 48 -91902. -91902. 31276. 47063. 90770. 71076. 49 -91902. -91902. 47063. 62850. 71

34、076. 43445. 50 -91902. -91902. 62850. 78638. 43445. 7876.6 51 -91902. -91902. 78638. 94425. 7876.6 -35629. 52 -91902. -91902. 94425. 0.11021E+06 -35629. -87073. 53 -91902. -91902. 0.11021E+06 0.12600E+06 -87073. -0.14645E+06 54 -91902. -91902. 0.12600E+06 0.14179E+06-0.14645E+06-0.21377E+06 55 -9190

35、2. -91902. -0.14180E+06-0.12601E+06-0.21377E+06-0.14645E+06 56 -91902. -91902. -0.12601E+06-0.11022E+06-0.14645E+06 -87061. 57 -91902. -91902. -0.11022E+06 -94437. -87061. -35611. 58 -91902. -91902. -94437. -78650. -35611. 7901.2 59 -91902. -91902. -78650. -62863. 7901.2 43476. 60 -91902. -91902. -6

36、2863. -47075. 43476. 71113. 61 -91902. -91902. -47075. -31288. 71113. 90813. 62 -91902. -91902. -31288. -15501. 90813. 0.10258E+06 63 -91902. -91902. -15501. 286.20 0.10258E+06 0.10640E+06 64 -91902. -91902. 286.20 16073. 0.10640E+06 0.10229E+06 65 -91902. -91902. 16073. 31861. 0.10229E+06 90237. 66

37、 -91902. -91902. 31861. 47648. 90237. 70250. 67 -91902. -91902. 47648. 63435. 70250. 42325. 68 -91902. -91902. 63435. 79222. 42325. 6462.3 69 -91902. -91902. 79222. 95010. 6462.3 -37338. 70 -91902. -91902. 95010. 0.11080E+06 -37338. -89075. 71 -91902. -91902. 0.11080E+06 0.12658E+06 -89075. -0.14875

38、E+06 72 -91902. -91902. 0.12658E+06 0.14237E+06-0.14875E+06-0.21636E+06 73 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.91370E+06 0.87373E+06 0.90367E+06 0.45433E+06 74 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.72220E+06 0.68224E+06 0.45433E+06 0.10127E+06 75 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.55490E+06 0.51494E+06 0.10127E+06-0.16768E+06

39、76 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.41268E+06 0.37272E+06-0.16768E+06-0.36512E+06 77 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.29432E+06 0.25435E+06-0.36512E+06-0.50305E+06 78 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.19701E+06 0.15704E+06-0.50305E+06-0.59205E+06 79 -0.54992E+06-0.54992E+06 0.11687E+06 76904. -0.59205E+06-0.64076E+06

40、80 -0.54992E+06-0.54992E+06 49309. 9343.3 -0.64076E+06-0.65551E+06 81 -0.54992E+06-0.54992E+06 -10658. -50624. -0.65551E+06-0.64010E+06 82 -0.54992E+06-0.54992E+06 -68135. -0.10810E+06-0.64010E+06-0.59580E+06 83 -0.54992E+06-0.54992E+06-0.12811E+06-0.16807E+06-0.59580E+06-0.52134E+06 84 -0.54992E+06-0.54992E+06-0.19521E+06-0.23518E+06-0.52134E+06-0.41315E+06 85 -0.54992E+06-0.54992E+06-0.27350E+06-0.31346E+06-0.41315E+06-0.26559E+06 86 -0.54992E