上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司副总工程师官林星——ANSYS在建筑结构仿真分析中的应用
2020-02-27 1128浏览
- 1.ANSYS 在盾构法隧道工程中的应用 官林星 / 副总工程师 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 城市交通与地下空间设计研究院研发中心 1 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 2.汇报提纲 一 北横通道穿越轨道交通隧道 二 矩形盾构法隧道受力分析 2 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 3.1.1 工程背景 一 北横通道穿越轨道交通隧道 北横通道工程是上海市“三横三纵”主干路网的重要组成部分，西起北虹路，东至内江 路，贯穿中心城北部区域，经长宁路~光复西路~苏州河~余姚路~新会路~天目西路~ 天目中路~海宁路~周家嘴路，向西接北翟快速路，向东接周家嘴路越江隧道，全长约 19.1km。 3 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 4.北横通道盾构穿越轨道交通 隧道外径15m，双向6车道 中 山 中公 江园 路井 井 15 3 号号 线线 筛 网 厂 井 7 号 线 14 号 线 11 号 线 序号 1 2 3 4 轨道 交通线 运营7号线 规划14号线 运营11号线 轨交 结构形式 盾构区间 盾构区间 盾构区间 规划15号线 盾构区间 相互关系 下穿，平面垂直 下穿，平面垂直 下穿，交角约68度 规划区间上跨 交角约84度 轨交标高（m） 底标高 底标高 底标高 -19.8 约-13.4 -24.5 底标高 约-20.00 通道与轨交 最小净距（m） 6.21 穿越已运营地铁盾构区间2次， 8.22 穿越待建地铁盾构区间2次 7.06 5.00 4 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 5.北横通道与轨道交通位置关系图 穿越轨道交通7号线 穿越轨道交通11号线 5 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 6.穿越轨道佳通分析方法的梳理 外滩通道穿越2号线位置关系图 外滩通道穿越2号线有限元分析模型图 基坑开挖对地铁隧道影响有限元模型 上海几家大设计院的做法基本相同，大多采用MIDAS进行有限元建模进行计算。而 高校注重研究，建的模型复杂，能考虑的因素较多，也有使用ANSYS，FLAC有限元分 析软件进行计算的案例。 6 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 7.1.2 建模方法 土层名称 黄-灰色砂质粉土 灰色粉质粘土 草黄-灰色粉砂 灰色粘土 γ/（kN/m³） 18.5 17.8 18.8 18.0 μ Es/MPa 0.35 12 0.33 10 0.31 35 0.33 10 7 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 模型尺寸 c/kPa 3 15 1.5 19 φ/° 30.6 15.4 32.1 15
- 8.模拟方法 （1）土体 衬砌层 注浆层采用八节点 solid45单元，按照理想弹塑性介质考 虑，土体与注浆层采用Drucker-Prager 强度准则。 （2）利用隧道的收敛及注浆层的收缩 来模拟地层损失的发生。 等代层 注浆层的模拟 8 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 掘进面土压力的施加
- 9.盾构推进的模拟 选取了八个不同开挖面位置进行了计算，得到盾构推进过 程中地层、已有隧道的位移发展规律。 9 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 10.盾构推进时地层沉降 10 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 11.盾构推进时M7隧道沉降 11 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 12.盾构推进时纵向地表沉降图 随着盾构的推进，隧道中轴线上方地表处的竖直沉降不断增大，最后稳定在 9mm。地面没有出现明显的隆起，表明开挖面的支护压力设置的偏小。 12 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 13.不同开挖面时左线隧道沉降 左线地表沉降 左线隧道沉降 从图中可以看出，随着隧道推进，左线隧道的竖直沉降不断增大，地表 达到8mm，隧道处的变形达到12mm，对地铁隧道的安全运营一定影响，因 此在施工中应当加强同步注浆，并且进行补浆，控制沉降发展。 13 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 14.隧道与轨道交通不同净距的影响 M7线 0.5D 1D 1.5D 左线既有隧道纵向地表变形 14 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 左线既有隧道纵向底部变形 ANSYS UGM 2017
- 15.二 矩形盾构法隧道受力分析 2.1 工程背景 国内首条矩形盾构法隧道 15 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 16.2.2 管片结构 封顶块 16 © 2017 ANSYS, Inc. 侧墙块 实际管片 August 3, 2017 ANSYS UGM 2017 栓钉
- 17.2.3 二维分析 计算模型 投影荷载的实现 17 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 管片之间采用螺栓连接。 接头的力学性能模拟成为难点。 ANSYS UGM 2017
- 18.kn ,ks ,k 接头模型 Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ ， et,1,beam3 et,2,link10$KEYOPT,2,2,0$KEYOPT,2,3,1!只能受压 et,3,matrix27,,,4 !矩阵单元（定义刚度矩阵）弹性 连接 mp,ex,1,50466e3$mp,prxy,1,0.3$mp,dens,1,2.835 ! 考虑自重，力单位为kN,注意设置密度 mp,ex,2,kz*elemsize !中间土弹簧弹性系数 mp,ex,3,kz*elemsize/2 !边土弹簧弹性系数 r,1,a0,Izz1,h !梁实常数 SecArea=1.0 !土弹簧截面积 r,2,SecArea !实常数土弹簧截面积 ! 刚度矩阵元素 r,3$rmodif,3,1,kx1$rmodif,3,7,-kx1$rmodif,3,58,kx1 $rmodif,3,13,ky1$rmodif,3,19,-ky1$rmodif,3,64,ky1 $rmodif,3,51,krz1$rmodif,3,57,-krz1$rmodif,3,78,krz1 地层弹簧 拉压弹簧的实现 18 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 19.不同外形受力分析 优化分析 隧道的内力与不同起拱量 的关系 19 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 20.不同注浆的荷载 不同注浆荷载的施加，方便，高效 20 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 21.与Autodesk Robot 内力分析对比，误差在2%以内。 问题探讨 环间坐标系的转换？ 21 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 22.2.4 三维分析 22 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 23.23 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 24.数值仿真分析+物理模型 为了验证工程的可靠性，开展整环试验，实现数值分析与物理模型的对比。 24 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
- 25.感谢聆听 25 © 2017 ANSYS, Inc. August 3, 2017 ANSYS UGM 2017
