地下結(jié)構(gòu)抗震第6-1章

1、地下結(jié)構(gòu)抗震石家莊鐵道大學(xué)第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法地下結(jié)構(gòu)是建筑在地層中的封閉式結(jié)構(gòu)，就其結(jié)構(gòu)地下結(jié)構(gòu)是建筑在地層中的封閉式結(jié)構(gòu)，就其結(jié)構(gòu)本身而言是超靜定結(jié)構(gòu)。再考慮結(jié)構(gòu)與圍巖的相互本身而言是超靜定結(jié)構(gòu)。再考慮結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用，由結(jié)構(gòu)的變位才能確定彈性反力的范圍和大作用，由結(jié)構(gòu)的變位才能確定彈性反力的范圍和大小。而結(jié)構(gòu)的變位又是在主動(dòng)荷載和彈性反力共同小。而結(jié)構(gòu)的變位又是在主動(dòng)荷載和彈性反力共同作用下發(fā)生的，所以，求解的是一個(gè)非線性問(wèn)題。作用下發(fā)生的，所以，求解的是一個(gè)非線性問(wèn)題。第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法地下結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)有限元法進(jìn)行地

2、下結(jié)構(gòu)分析的基地下結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)有限元法進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)分析的基本原理：將結(jié)構(gòu)與圍巖共同組成的結(jié)構(gòu)體系離散為本原理：將結(jié)構(gòu)與圍巖共同組成的結(jié)構(gòu)體系離散為由節(jié)點(diǎn)和單元由節(jié)點(diǎn)和單元( (梁?jiǎn)卧?、桿單元和彈性支承單元等梁?jiǎn)卧?、桿單元和彈性支承單元等) )組成的組合體；以每一節(jié)點(diǎn)的組成的組合體；以每一節(jié)點(diǎn)的3 3個(gè)位移為未知量。個(gè)位移為未知量。連接在同一節(jié)點(diǎn)的各單元的節(jié)點(diǎn)位移應(yīng)該相等，并連接在同一節(jié)點(diǎn)的各單元的節(jié)點(diǎn)位移應(yīng)該相等，并等于該節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移等于該節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移變形協(xié)調(diào)條件；變形協(xié)調(diào)條件；作用與結(jié)構(gòu)上某一節(jié)點(diǎn)的荷載必須與該節(jié)點(diǎn)上作用作用與結(jié)構(gòu)上某一節(jié)點(diǎn)的荷載必須與該節(jié)點(diǎn)上作用的各單元的節(jié)點(diǎn)力

3、相平衡的各單元的節(jié)點(diǎn)力相平衡靜力平衡條件；靜力平衡條件；第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法首先要進(jìn)行單元分析，找出單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)首先要進(jìn)行單元分析，找出單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系位移的關(guān)系單元?jiǎng)偠染仃噯卧獎(jiǎng)偠染仃嚾缓筮M(jìn)行整體分析，建立起以節(jié)點(diǎn)靜力平衡為條件然后進(jìn)行整體分析，建立起以節(jié)點(diǎn)靜力平衡為條件的總體剛度方程式，在總體剛度方程式中引入邊界的總體剛度方程式，在總體剛度方程式中引入邊界條件，求得結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移后，再由各單元的節(jié)點(diǎn)荷條件，求得結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移后，再由各單元的節(jié)點(diǎn)荷載與位移的關(guān)系計(jì)算各單元節(jié)點(diǎn)抗力、單元內(nèi)力。載與位移的關(guān)系計(jì)算各單元節(jié)點(diǎn)抗力、單元內(nèi)力。結(jié)構(gòu)體系

4、離散化結(jié)構(gòu)體系離散化單元分析單元分析整體分析建立平衡方程整體分析建立平衡方程引入支承條件求位移引入支承條件求位移單元內(nèi)力分析單元內(nèi)力分析第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立第二節(jié)第二節(jié) 單元?jiǎng)偠染仃嚪治鰡卧獎(jiǎng)偠染仃嚪治龅谌?jié)第三節(jié) 等效節(jié)點(diǎn)荷載等效節(jié)點(diǎn)荷載第四節(jié)第四節(jié) 整體分析整體分析第五節(jié)第五節(jié) 計(jì)算模型建立工程實(shí)例計(jì)算模型建立工程實(shí)例第六節(jié)第六節(jié) 單元內(nèi)力分析單元內(nèi)力分析第七節(jié)第七節(jié) 分析實(shí)例分析實(shí)例第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化將地下結(jié)構(gòu)看成有

5、限個(gè)單元的組合體，而單元和單將地下結(jié)構(gòu)看成有限個(gè)單元的組合體，而單元和單元之間僅在單元的端點(diǎn)元之間僅在單元的端點(diǎn)( (也稱為節(jié)點(diǎn)也稱為節(jié)點(diǎn)) )處相互連接，處相互連接，作用在結(jié)構(gòu)上的外荷載和內(nèi)力都只能通過(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行作用在結(jié)構(gòu)上的外荷載和內(nèi)力都只能通過(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞，以節(jié)點(diǎn)位移傳遞，以節(jié)點(diǎn)位移( (或節(jié)點(diǎn)力或節(jié)點(diǎn)力) )來(lái)代表整個(gè)結(jié)構(gòu)的變來(lái)代表整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)形狀態(tài)( (或受力狀態(tài)或受力狀態(tài)) )。第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值

6、方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法將地下支護(hù)結(jié)構(gòu)離散化為一些同時(shí)承受彎矩和軸力將地下支護(hù)結(jié)構(gòu)離散化為一些同時(shí)承受彎矩和軸力的直桿所組成的折線形組合體。支護(hù)結(jié)構(gòu)單元的力的直桿所組成的折線形組合體。支護(hù)結(jié)構(gòu)單元的力學(xué)性質(zhì)學(xué)性質(zhì)荷載和位移的關(guān)系，由彈性地基梁理論荷載和位移的關(guān)系，由彈性地基梁理論確定，即它是小變形的，并符合虎克定律。通過(guò)地確定，即它是小變形的，并符合虎克定律。通過(guò)地下支護(hù)結(jié)構(gòu)單元可傳遞彎矩、軸力和剪力。下支護(hù)結(jié)構(gòu)單元可傳遞彎矩、軸力和剪力。 第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)

7、值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法同時(shí)假定每個(gè)單元都是等厚度的，其計(jì)算厚度有三同時(shí)假定每個(gè)單元都是等厚度的，其計(jì)算厚度有三種取法：種取法： 取單元兩端厚度的平均值取單元兩端厚度的平均值 取單元中點(diǎn)的厚度取單元中點(diǎn)的厚度 取單元的平均厚度取單元的平均厚度第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模

8、型數(shù)值方法對(duì)于拱形結(jié)構(gòu)，邊墻低端直接放在圍巖上，可視邊對(duì)于拱形結(jié)構(gòu)，邊墻低端直接放在圍巖上，可視邊墻低端是彈性固定的，能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直下沉。但墻低端是彈性固定的，能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直下沉。但由于邊墻底面與圍巖之間摩擦力甚大，故假定其不由于邊墻底面與圍巖之間摩擦力甚大，故假定其不能產(chǎn)生水平位移。此時(shí)需在邊墻底面的水平方向上能產(chǎn)生水平位移。此時(shí)需在邊墻底面的水平方向上加以約束。加以約束。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)

9、構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法對(duì)于復(fù)合式襯砌，當(dāng)噴層較薄對(duì)于復(fù)合式襯砌，當(dāng)噴層較薄( (如如5cm5cm以下以下) )時(shí)，可以時(shí)，可以離散化為桿單元，當(dāng)噴層較厚離散化為桿單元，當(dāng)噴層較厚( (如如5cm5cm以上以上) )時(shí)，可以時(shí)，可以離散化為梁?jiǎn)卧欢我r砌離散化為梁?jiǎn)卧?，噴層離散化為梁?jiǎn)卧欢我r砌離散化為梁?jiǎn)卧?，噴層與二次襯砌之間用桿單元連接。與二次襯砌之間用桿單元連接。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)

10、構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法如需要考慮仰拱的作用，可將仰拱、邊墻和拱圈三如需要考慮仰拱的作用，可將仰拱、邊墻和拱圈三者一并考慮。者一并考慮。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法對(duì)于圓形結(jié)構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)底部外表面中心與圍巖間對(duì)于圓形結(jié)

11、構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)底部外表面中心與圍巖間的摩擦力很大，假定其不能產(chǎn)生水平位移，借此來(lái)的摩擦力很大，假定其不能產(chǎn)生水平位移，借此來(lái)消除支護(hù)結(jié)構(gòu)繞瞬時(shí)中心旋轉(zhuǎn)的可能。消除支護(hù)結(jié)構(gòu)繞瞬時(shí)中心旋轉(zhuǎn)的可能。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法對(duì)于矩形框架結(jié)構(gòu)，底板直接支承在彈性地基上，對(duì)于矩

12、形框架結(jié)構(gòu)，底板直接支承在彈性地基上，支護(hù)結(jié)構(gòu)底部與地基的摩擦力很大，同樣不能產(chǎn)生支護(hù)結(jié)構(gòu)底部與地基的摩擦力很大，同樣不能產(chǎn)生水平位移。水平位移。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化支護(hù)結(jié)構(gòu)理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法單元?jiǎng)澐謺r(shí)，反力系數(shù)變化點(diǎn)、截面厚度變化點(diǎn)、單元?jiǎng)澐謺r(shí)，反力系數(shù)變化點(diǎn)、截面厚度變化點(diǎn)、集中荷

13、載作用點(diǎn)、荷載突變處應(yīng)布置節(jié)點(diǎn)。集中荷載作用點(diǎn)、荷載突變處應(yīng)布置節(jié)點(diǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的周邊與圍巖相互作用的區(qū)域內(nèi)，在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的周邊與圍巖相互作用的區(qū)域內(nèi)，將連續(xù)圍巖離散為彼此不相關(guān)的獨(dú)立巖柱。巖柱的將連續(xù)圍巖離散為彼此不相關(guān)的獨(dú)立巖柱。巖柱的一個(gè)邊長(zhǎng)是襯砌的縱向計(jì)算寬度，通常取單位長(zhǎng)度；一個(gè)邊長(zhǎng)是襯砌的縱向計(jì)算寬度，通常取單位長(zhǎng)度；另一個(gè)邊長(zhǎng)是兩個(gè)相鄰襯砌單元的長(zhǎng)度和之半。巖另一個(gè)邊長(zhǎng)是兩個(gè)相鄰襯砌單元的長(zhǎng)度和之半。巖柱

14、的深度與傳遞軸力無(wú)關(guān)，故無(wú)需考慮。柱的深度與傳遞軸力無(wú)關(guān)，故無(wú)需考慮。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法用具有和巖柱彈性特征相同的彈性支承代替巖柱，用具有和巖柱彈性特征相同的彈性支承代替巖柱，并以鉸接的方式作用在襯砌單元的節(jié)點(diǎn)上，所以它并以鉸接的方式作用在襯砌單元的節(jié)點(diǎn)上，所以它不承受彎矩，只承受軸力。不承受彎矩，只承受軸力。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)

15、模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法彈簧服從局部變形假定彈簧服從局部變形假定( (即溫克爾假定即溫克爾假定) )：i點(diǎn)處的彈點(diǎn)處的彈簧對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的反作用力（即彈性反力）正比簧對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的反作用力（即彈性反力）正比于該彈簧的壓縮量；而彈簧的彈性常數(shù)

16、于該彈簧的壓縮量；而彈簧的彈性常數(shù)k可由圍巖的可由圍巖的彈性抗力系數(shù)彈性抗力系數(shù)( (K) )和圍巖與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)單元的接觸和圍巖與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)單元的接觸面積的乘積而得面積的乘積而得第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法h為相鄰兩隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度的為相鄰兩隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度的1/21/2；b為隧道支為隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，在實(shí)際中，一般可取護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，在實(shí)際中，一般可取b= =1m；K為圍為圍巖的彈性抗力系數(shù)巖的彈性抗力系數(shù)k= =Kbh第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)

17、力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法圓形結(jié)構(gòu)圍巖的離散化與拱形結(jié)構(gòu)相同，圓形結(jié)構(gòu)圓形結(jié)構(gòu)圍巖的離散化與拱形結(jié)構(gòu)相同，圓形結(jié)構(gòu)彈簧的作用范圍實(shí)在整個(gè)圓環(huán)上彈簧的作用范圍實(shí)在整個(gè)圓環(huán)上第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法矩形框架結(jié)構(gòu)多用于淺埋、明挖法施工的地下結(jié)構(gòu)，矩形框架結(jié)構(gòu)多用于淺埋、明挖法施工的地下結(jié)構(gòu)，該類(lèi)結(jié)構(gòu)跨度較大，側(cè)墻的剛度相對(duì)較大。

18、偏于安該類(lèi)結(jié)構(gòu)跨度較大，側(cè)墻的剛度相對(duì)較大。偏于安全考慮，在設(shè)計(jì)中不考慮側(cè)部地層的彈性反力，只全考慮，在設(shè)計(jì)中不考慮側(cè)部地層的彈性反力，只考慮底部地基反力的作用?？紤]底部地基反力的作用。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法矩形結(jié)構(gòu)用途不同，底寬差異較大，加之地基條件矩形結(jié)構(gòu)用途不同，底寬差異較大，加之地基條件的差別，關(guān)于基底反力的分布規(guī)律通常也有不同的的差別，關(guān)于基底反力的分布規(guī)律通常也有不同的假定：假定：第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的

19、建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法當(dāng)?shù)孛鎸挾容^小、結(jié)構(gòu)底板相對(duì)地層剛度較大時(shí)，當(dāng)?shù)孛鎸挾容^小、結(jié)構(gòu)底板相對(duì)地層剛度較大時(shí)，假定底板結(jié)構(gòu)是剛性體，則基底反力的大小和分布假定底板結(jié)構(gòu)是剛性體，則基底反力的大小和分布即可根據(jù)靜力平衡條件按直線分布假定求得。該情即可根據(jù)靜力平衡條件按直線分布假定求得。該情況不存在底部圍巖的離散化，只需在結(jié)構(gòu)底部施加況不存在底部圍巖的離散化，只需在結(jié)構(gòu)底部施加與豎向荷載大小相等、方向相反的地基反力即可。與豎向荷載大小相等、方向相反的地基反力即可。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力

20、學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法當(dāng)?shù)孛鎸挾容^大、結(jié)構(gòu)底板相對(duì)地層剛度較小時(shí)，當(dāng)?shù)孛鎸挾容^大、結(jié)構(gòu)底板相對(duì)地層剛度較小時(shí)，底板的反力與地基變形量成正比。該情況結(jié)構(gòu)為支底板的反力與地基變形量成正比。該情況結(jié)構(gòu)為支撐在彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)底部圍巖進(jìn)撐在彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)底部圍巖進(jìn)行離散化，通過(guò)理論計(jì)算確定地基反力的大小。行離散化，通過(guò)理論計(jì)算確定地基反力的大小。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第

21、六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法如不考慮彈性反力，則支護(hù)結(jié)構(gòu)周?chē)乃袕椈啥既绮豢紤]彈性反力，則支護(hù)結(jié)構(gòu)周?chē)乃袕椈啥既サ羧サ舻谝还?jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法如假定彈性反力，則拱頂部位假定的脫離區(qū)隧道支如假定彈性反力，則拱頂部位假定的脫離區(qū)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈簧去掉，邊墻

22、和拱腰部位假定有反力的護(hù)結(jié)構(gòu)的彈簧去掉，邊墻和拱腰部位假定有反力的區(qū)域隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置彈簧區(qū)域隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置彈簧第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法彈簧設(shè)置方向應(yīng)該按照結(jié)構(gòu)和圍巖的聯(lián)系情況而定。彈簧設(shè)置方向應(yīng)該按照結(jié)構(gòu)和圍巖的聯(lián)系情況而定。如果如果襯砌和圍巖黏結(jié)非常牢固，也就是說(shuō)兩者之問(wèn)襯砌和圍巖黏結(jié)非常牢固，也就是說(shuō)兩者之問(wèn)不僅能傳遞徑向應(yīng)力而且還能傳切向應(yīng)力。那么，不僅能傳遞徑向應(yīng)力而且還能傳切向應(yīng)力。那么，圍巖不僅能限制襯砌的徑向變形，而且還限制襯砌圍

23、巖不僅能限制襯砌的徑向變形，而且還限制襯砌沿其軸線的切向變形。此時(shí)，最好設(shè)置兩根彈簧：沿其軸線的切向變形。此時(shí)，最好設(shè)置兩根彈簧：一根徑向設(shè)置，代替圍巖的徑向約束；一根切向設(shè)一根徑向設(shè)置，代替圍巖的徑向約束；一根切向設(shè)置，代替同巖的切向約束置，代替同巖的切向約束。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

24、數(shù)值方法如果如果襯砌和圍巖之間沒(méi)有黏結(jié)力，只有當(dāng)襯砌壓向襯砌和圍巖之間沒(méi)有黏結(jié)力，只有當(dāng)襯砌壓向圍巖變形時(shí)，圍巖才能約束。也就是說(shuō)兩者之間只圍巖變形時(shí)，圍巖才能約束。也就是說(shuō)兩者之間只能傳遞徑向應(yīng)力而不能傳遞切向切力，如忽略襯能傳遞徑向應(yīng)力而不能傳遞切向切力，如忽略襯砌與圍巖接觸面的摩擦力，則彈簧就應(yīng)該沿襯砌軸砌與圍巖接觸面的摩擦力，則彈簧就應(yīng)該沿襯砌軸線的徑向設(shè)置線的徑向設(shè)置第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算

25、模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法如果如果襯砌與圍巖的黏結(jié)比較好，此時(shí)，二者之間不襯砌與圍巖的黏結(jié)比較好，此時(shí)，二者之間不僅能傳遞徑向壓應(yīng)力，而且還能傳遞少量的徑向拉僅能傳遞徑向壓應(yīng)力，而且還能傳遞少量的徑向拉應(yīng)力（不超過(guò)襯砌與圍巖之間的黏結(jié)力），而襯砌應(yīng)力（不超過(guò)襯砌與圍巖之間的黏結(jié)力），而襯砌與圍巖接觸面方向的抗剪強(qiáng)度，則是壓應(yīng)力的函數(shù)，與圍巖接觸面方向的抗剪強(qiáng)度，則是壓應(yīng)力的函數(shù)，遵循莫爾一庫(kù)侖條件遵循莫爾一庫(kù)侖條件第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)

26、構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法分別為襯砌與圍巖接觸面的切向和法向應(yīng)力分別為襯砌與圍巖接觸面的切向和法向應(yīng)力tan=c 、為襯砌與圍巖間的內(nèi)摩擦角為襯砌與圍巖間的內(nèi)摩擦角為襯砌與圍巖間的為襯砌與圍巖間的粘結(jié)力粘結(jié)力c第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 圍巖理想化圍巖理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)

27、力學(xué)模型數(shù)值方法對(duì)于復(fù)合式襯砌，由于噴層和二次襯砌之間設(shè)有防對(duì)于復(fù)合式襯砌，由于噴層和二次襯砌之間設(shè)有防水層，因此，它們之間只傳遞法向力，不傳遞摩擦水層，因此，它們之間只傳遞法向力，不傳遞摩擦力，因此，噴層與二次襯砌之間的作用可用法向桿力，因此，噴層與二次襯砌之間的作用可用法向桿單元來(lái)模擬單元來(lái)模擬第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 外荷載理想化外荷載理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法在有限元分析中，作用在隧道結(jié)構(gòu)上的外荷載和內(nèi)在有限元分析中，作用在隧道結(jié)構(gòu)上的外荷載和內(nèi)力都通過(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞。力都通過(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)

28、行傳遞。將作用在單元中間的荷載，無(wú)論是分布荷載或是集將作用在單元中間的荷載，無(wú)論是分布荷載或是集中荷載，都應(yīng)置換成作用在單元節(jié)點(diǎn)上的荷載，稱中荷載，都應(yīng)置換成作用在單元節(jié)點(diǎn)上的荷載，稱為節(jié)點(diǎn)荷載為節(jié)點(diǎn)荷載。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的建立1.1.結(jié)構(gòu)體系的理想化結(jié)構(gòu)體系的理想化 外荷載理想化外荷載理想化第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法第六章結(jié)構(gòu)力學(xué)模型數(shù)值方法在進(jìn)行有限元分析時(shí)，嚴(yán)格地說(shuō)，應(yīng)按靜力等效原在進(jìn)行有限元分析時(shí)，嚴(yán)格地說(shuō)，應(yīng)按靜力等效原則進(jìn)行置換，即節(jié)點(diǎn)荷載所做的虛功應(yīng)等于單元上則進(jìn)行置換，即節(jié)點(diǎn)荷載所做的虛功應(yīng)等于單元上荷載所做的虛功。但在實(shí)際中，常按簡(jiǎn)支分配的原荷載所做的虛功。但在實(shí)際中，常按簡(jiǎn)支分配的原則進(jìn)行置換，而不計(jì)作用力遷