地鐵車站ANSYS數(shù)值分析課程設計

1、地鐵車站數(shù)值分析課程設計1 設計說明本地鐵車站為地下二層側式車站，考慮車輛限界及建筑設計要求，車站主體斷面采用單柱雙跨箱形框架結構。頂?shù)装寰捎煤癜褰Y構，柱網(wǎng)結合建筑布局條件設置。本車站結構計算選取標準組合，用來計算承載能力極限狀態(tài)和驗算正常使用極限狀態(tài)。結構分析主要為車站橫斷面受力計算。其中橫斷面計算由于結構和圍巖地質的復雜性，借鑒三維分析的應力分布規(guī)律，認為選取中間標準斷面和兩端典型斷面兩個斷面作為控制斷面進行計算是合理的，圍巖均以最不利處計算?？v梁的計算按多跨連續(xù)梁計算。本次計算采用“荷載-結構”模式，借助于美國ANSYS 公司編制的大型有限元結構計算程序ANSYS10.0 進行計算分析

2、。荷載嚴格按建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001及人防通用圖計算；結構形式和尺寸以相關施工圖為準。具體計算結果, 以圖示的形式形象地表示所需要的相關信息。2 標準截面內力計算2.1 標準截面尺寸擬定主要結構尺寸的擬定是在滿足建筑限界和建筑設計的基礎上，考慮施工誤差、測量誤差、結構變形、沉陷等因素，根據(jù)工程地質條件、水文地質資料、車站埋深、結構類型和施工方法等條件經(jīng)過計算確定?；緮M定原則為：1 結構主要尺寸的擬定應根據(jù)承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，對構件分別進行承載力的計算和穩(wěn)定、變形及裂縫寬度驗算；2 結構構件的設計按承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)分別進行荷載效應組合，并取

3、各自最不利組合進行結構構件的設計；3主體結構的安全等級為一級，構件的重要性系數(shù)取為1.1 ；4結構尺寸的擬定應考慮基坑支護結構的作用。U I LJ23200圖1標準截面尺寸圖2.2 主要設計標準1 .主體結構安全等級為一級；2 .結構抗震設防分類為乙級，地震按 7度抗震設防，地下結構抗震等級為 三級；3 .地鐵的地下工程及出入口、風道與風亭均按一級耐火等級設計；4 .人防等級按5級設防；5 .內襯混凝土裂縫控制標準：迎土面地表附近干濕交替環(huán)境0 0.2 mm,其 余部位0 0.3 mm ;6 .環(huán)境類別：二類A。2.3 結構計算方法1 .標準段主體結構為單柱雙跨箱形框架結構。主體結構圍護樁與內

4、襯墻問 設有防水隔離層，為重合墻模式圍護結構，圍護樁與內襯墻間由兩端錢接鏈桿模 擬，只傳遞壓力，產(chǎn)生拉力時鏈桿不起作用。地層對樁、墻、底板的抗力也均由 鏈桿 Link10 (Compression only)模擬。2 .結構計算采用“荷載-結構”模式，借助于美國ANSYS公司編制的大型 有限元結構計算程序ANSYS10.0進行計算分析。在使用階段考慮水壓力由內襯 墻承擔，土壓力由樁、內襯墻共同承擔，從而形成重合墻模式。通過模擬在主體與圍護之間的剛性鏈桿（只能承受壓力的二力桿）傳力給主體結構3 .本設計根據(jù)相關規(guī)范選取荷載“基本組合”進行受力分析。基本組合：覆土荷載+地面超載+側向水土壓力+結構

5、自重+樓層設備荷載十 樓層人群荷載+底板水壓力4 .對于砂土和粉土等無粘性土按水土分算原則進行，即作用于圍護結構上 的側壓力等于土壓力與靜水壓力之和，地下水位以下的土采用浮重度和有效應 力抗剪強度指標值c和計算。水土合算時，地下水位以下的土壓力采用飽和重 度sat和總應力抗剪強度指標值c和 計算。一般在粘性土孔隙比e較大或水平向 滲透系數(shù)較大時采用水土分算。2.4 設計截面材料1 .主要受力結構一般采用鋼筋混凝土，必要時可采用鋼管混凝土或勁性鋼 筋混凝土結構。2 .鋼筋混凝土及素混凝土除能夠滿足強度需要外，還須考慮抗凍、抗?jié)B和 抗侵蝕等的要求。3 .主要受力鋼筋一般采用 HRB335級鋼，其它

6、鋼筋可采用 HPB235級鋼。4 .鋼結構構件一般采用Q235B鋼。表1車站結構混凝土材料表部位標號圍護結構C30S8頂板梁、底板梁、內襯墻C30S8中板梁C30鋼筋混凝土中柱C302.5 結構截面特性計算寬度沿縱向取跨長8m ,即B=8m1 .頂板（用 Beam3 模擬）：C30 混凝土B=8mD 0.5m2 .中板（用Beam3模擬）：3 .底板（用Beam3模擬）：4 .側墻（用Beam3模擬）：5 .中柱（用Link10模擬）：C30 混凝土B=8mD0.35mC30 混凝土B=8mD0.8mC30 混凝土B=8mD0.8mC40 混凝土500mm X 1000mm結構和圍巖的相互作用

7、用Link10來實現(xiàn)，考慮到土體受力特性（不能受拉）， 將 Link10 的 Option 選項設置為 Compression only。2.6 作用荷載計算1 .路面活載：作用在結構上的垂直荷載中，首先考慮的是地表面的荷載，一般淺埋地下鐵道設于公路下方， 所以應考慮路面活荷載。關于路面活荷載的采 用標準，參照公路鋼筋混凝土橋梁設計規(guī)范中有關路面活荷載的規(guī)定，采用汽 - 20級，按折算等效均布荷載取為20kPa2 .自重荷載：自重荷載在后面 ANSYS計算中將直接被定義出來，在建模 計算中直接參與運算。3 .人群及設備荷載：車站的人群荷載按照地鐵設計規(guī)范，取為4kPa； 內部設備根據(jù)型號，按照

8、地鐵設計規(guī)范取為 8kPa ;4 .側向荷載：一般土壓力的計算有兩種計算方法：水土分算與水土合算。采用水土分算時，實際上是考慮靜水壓力的水土分算法， 它考慮了土粒本身的重 力，還考慮了孔隙水對土粒的浮力，是將地下水位以下土的容重減去水的容重求 土壓，水壓則取全水頭。水土合算時，即用飽和重度計算土壓力，不再另外考慮水壓力的作用?，F(xiàn)行的相關規(guī)范都規(guī)定在地下水位以下對于粘性土采用水土合 算，對于地下水位以下的砂土、碎石土采用水土分算。要注意的是水土合算存在 較嚴重的理論缺陷，用的時候要加以注意，而水土分算的根據(jù)比較充分但實際操 作困難較大。一般說來，采用水土分算偏安全和保守。本車站場地以砂性土層為主

9、，且出于安全考慮，應采用水土分算。為簡化計 算，采用加權平均。 hi(4-1)i i hi(4-2)式中i車站側向荷載土各層的容重，(kN/m3);i 車站側向荷載土各層的摩擦角，(0)；hi車站側向荷載土各層的厚度，(m )。ihi _3i n加一了 20.14kN/m3加22.86hihi側壓力系數(shù)：tan2 45- -tan2 45- 22'60.4422側墻上頂板處因為沒有填土，故土壓力為 e=0kPa側墻上低板處的土壓力：e2 (q 頂板 力口 10.36)(0+20.14 10.36)0.44=91.8kPa地下水位在低側墻處的壓力q1 10 9.86 98.6kPa地下水

10、在底板的浮力q2 10 9.86 98.6kPa2.7 截面荷載分布1 .頂板荷載：(1)路面活荷載折算等效均布荷載：20kPa(2)車站控制中心地面二層用房折合均布荷載：8.41kPa(3)人防等效荷載：67kPa2 .中板荷載：(1)人群荷載：4kPa(2)設備荷載：8kPa3 .底板荷載：(1)豎直向上水壓力荷載：98.6kPa(2)人防等效靜荷載：62kPa4 .側墻荷載；(1)頂板處側向土壓力：0kPa(2)頂板處側向水壓力：0kPa(3)底板處側向土壓力：91.81kPa(4)底板處側向水壓力：98.6kPa(5)整個側墻高度范圍內荷載呈三角形分布，人防荷載按45kPa均布作用5 .圍護結