康 芮

(中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

Midas GTS Nx在標(biāo)準(zhǔn)圖結(jié)構(gòu)檢算中的應(yīng)用
——與Ansys對比分析

康 芮

(中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

結(jié)構(gòu)檢算是現(xiàn)在隧道標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計中不可或缺的一個環(huán)節(jié)，Ansys存在圖形界面操作復(fù)雜，模型檢查不方便，命令流語句冗長，出錯后不易找出命令語句錯誤的地方等諸多不足。Midas GTS Nx屬于新一代的有限元分析軟件，用戶界面友善，操作直觀。文章通過對不同圍巖級別的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算分析，得出Midas和Ansys計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布規(guī)律以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值均相近，總體來說Midas計算值稍大，但在可接受范圍內(nèi)。因此，在以后的標(biāo)準(zhǔn)圖結(jié)構(gòu)檢算中采用Midas軟件可以大大提高工作效率。

結(jié)構(gòu)檢算； Ansys； Midas

隧道設(shè)計中采用隧道襯砌標(biāo)準(zhǔn)圖，標(biāo)準(zhǔn)圖是基于荷載結(jié)構(gòu)計算理論編制，荷載結(jié)構(gòu)模型構(gòu)成了鐵路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。本文以織畢線無砟軌道隧道襯砌標(biāo)準(zhǔn)圖為基礎(chǔ)，采用荷載結(jié)構(gòu)模型，在確定計算參數(shù)后，應(yīng)用Ansys和Midas兩款有限元軟件分別計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，比較結(jié)果的差異。

1 計算依據(jù)及計算模型

1.1 計算依據(jù)

針對標(biāo)準(zhǔn)圖采用荷載-結(jié)構(gòu)模型計算，文章采用以下計算依據(jù)。

(1)計算程序： Ansys和Midas計算程序。

(2)荷載確定：只考慮主要荷載，即圍巖壓力、結(jié)構(gòu)自重，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖荷載均按深埋考慮。

(3)Ⅲ級圍巖二次襯砌按承受圍巖松弛荷載的30 %檢算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全；Ⅳ～Ⅴ級圍巖二次襯砌作為承載結(jié)構(gòu)，按承受圍巖松弛荷載的70 %計算。

(4)根據(jù)TB 10003-2005《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《隧規(guī)》)附錄E，計算淺埋情況下的垂直壓力與水平壓力。

(5)計算中考慮復(fù)合襯砌背后完全回填密實，計算均假定襯砌背后圍巖能提供彈性反力。荷載結(jié)構(gòu)模型采用主動荷載加圍巖彈性約束。

1.2 計算參數(shù)

根據(jù)《隧規(guī)》選?、?、Ⅳ、Ⅴ級圍巖參數(shù)取值如表1所示。Ⅲ級圍巖二次襯砌采用C30素混凝土，Ⅳ、Ⅴ級圍巖二次襯砌采用C35鋼筋混凝土，混凝土結(jié)構(gòu)計算參數(shù)如表2所示。

表1 圍巖計算參數(shù)

表2 二次襯砌計算參數(shù)

1.3 計算模型

不同級別圍巖計算時的單元編號均同圖1、圖2，不同圍巖級別模型區(qū)別在于具體尺寸。模型總計100個單元，為對稱結(jié)構(gòu)，拱墻部分采用76個單元，仰拱部分采用24個單元。

2 計算結(jié)果分析

根據(jù)圍巖及二襯襯砌計算參數(shù)，對不同圍巖級別深埋情況分別采用Ansys和Midas計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，計算結(jié)果如表3所示。

通過表3可以分析，不同圍巖級別分別采用Ansys和Midas計算結(jié)果相近，內(nèi)力分布規(guī)律相似。其中軸力差值在±10 %范圍內(nèi)，彎矩差值在+32 %范圍內(nèi)，剪力差值在+12 %范圍內(nèi)。

Midas采用荷載結(jié)構(gòu)模型計算隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力整體比Ansys計算結(jié)果大，其中彎矩相差最大為32 %，軸力和剪力相差

表3 不同圍巖級別Ansys與Midas計算結(jié)果對比

圖1 Ansys荷載-結(jié)構(gòu)計算模型

圖2 Midas荷載-結(jié)構(gòu)計算模型

最大為12 %，此誤差在可接受范圍，內(nèi)力值稍大在結(jié)構(gòu)設(shè)計中偏于保守。

3 結(jié)論

通過Ansys和Midas對不同圍巖級別隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算分析，可以得出以下結(jié)論:

(1)Midas計算隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力和Ansys計算隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力在圖形上基本吻合，兩者計算原理相似，主要差異在于對圍巖彈性連接系數(shù)的取值。

(2)Midas和Ansys在隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算數(shù)值上相近，軸力和剪力數(shù)值相差最大為12 %，彎矩相差最大為32 %，Midas計算內(nèi)力總體比Ansys大。

(3)實際工程中不同圍巖級別彈性連接系數(shù)帶有很大的不確定性，只要得到的結(jié)果與工程經(jīng)驗沒有過大的出入，都可以認(rèn)為是正確的結(jié)果。所以Midas可以完全可以應(yīng)用到隧道結(jié)構(gòu)計算中。

[1] TB 10003-2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[2] Richards J A. Inspection, Maintenance and Repair of Tunnels: International Lessons and Practice[J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 1998, 13(4):369-375.

[3] 周笑, 彭陽. 荷載-結(jié)構(gòu)模型在黃土隧道二次襯砌設(shè)計中的應(yīng)用[J].四川建筑, 2007(5): 92-93.

[定稿日期]2017-06-21

康芮(1985～)，男，碩士研究生, 工程師, 從事隧道及地下工程設(shè)計研究工作。

U452.2

A