隧道及地下工程ANSYS实例分析

前言

第1章大型有限元软件ANSYS简介

1.1ANSYS软件概述

1.1.1ANSYS软件在计算机辅助工程中的地位

1.1.2ANSYS软件的主要技术特点

1.1.3ANSYS软件的主要功能

1.1.4安装ANSYS软件对系统的要求

1.2ANSYS使用介绍

1.2.1安装过程

1.2.2ANSYS运行初始参数设置

1.2.3ANSYS软件启动与退出

1.2.4ANSYS软件使用界面

1.3ANSYS软件在土木工程中的应用概况

1.3.1桥梁工程

1.3.2隧道及地下工程

1.3.3房屋建筑工程

1.3.4边坡工程

1.3.5基础工程

1.4ANSYS有限元分析基本过程实例

1.4.1三跨连续梁受力分析

1.4.2前处理

1.4.3加载与求解

1.4.4后处理

1.4.5与结构力学位移法理论计算结果比较

1.5命令流程序

1.6本章小结

第2章隧道及地下工程施工与设计方法

2.1隧道及地下工程发展概况

2.1.1发展阶段

2.1.2隧道及地下工程的用途

2.1.3可持续发展的隧道及地下工程

2.1.4隧道及地下工程发展概况

2.2隧道及地下工程施工方法概述

2.2.1新奥法

2.2.2浅埋暗挖法

2.2.3明挖法及其变种方法

2.2.4盾构法

2.2.5沉管法

2.2.6辅助工法

2.3隧道及地下工程设计方法

2.3.1隧道及地下工程设计分析力学模型.

2.3.2工程类比法

2.3.3载荷结构法

2.3.4地层结构法

2.4本章小结

第3章隧道及地下工程有限元数值模拟方法

3.1有限元法概述

3.1.1有限元法的发展过程

3.1.2有限元法常用术语

3.1.3有限元法解析步骤

3.2有限元法原理

3.2.1弹性力学基本方程

3.2.2变分法

3.2.3加权余量法

3.2.4瑞利理兹法

3.3梁单元有限元解析

3.3.1梁单元刚度矩阵的计算式

3.3.2总刚矩阵的计算式

3.3.3等效节点载荷计算式

3.3.4平衡方程组的求解

3.4实体单元有限元解析

3.4.1单元网格划分

3.4.2单元刚度矩阵推导

3.4.3节点载荷向量的计算式

3.4.4平衡方程组的建立

3.4.5方程组的求解与后处理

3.5本章小结

第4章地铁明挖隧道衬砌结构设计力学分析

4.1明挖隧道衬砌结构设计概述

4.2Beam3和Combin14单元

4.2.1Beam3单元

4.2.2Combinl4单元

4.3衬砌结构力学有限元分析过程

4.3.1前处理

4.3.2加载与求解

4.3.3后处理

4.4计算结果分析

4.5本章小结

第5章双线铁路隧道衬砌结构设计力学分析

5.1双线铁路隧道断面设计概述

5.2Plane42和Link单元

5.2.1Link单元

5.2.2Plane42单元

5.3二次衬砌结构力学分析

5.3.1材料物理力学参数和载荷计算

5.3.2前处理

5.3.3加载与求解

5.3.4后处理

5.4隧道长期安全性评价

5.5台阶法施工过程仿真分析

5.5.1前处理

5.5.2加载与自重应力场求解

5.5.3上台阶开挖模拟分析

5.5.4下台阶开挖模拟分析

5.6初期支护参数评价

5.7本章小结

第6章高速公路分离式偏压隧道施工过程仿真分析

6.1高速公路分离式偏压隧道设计概述

6.2施工过程仿真分析

6.2.1前处理

6.2.2加载与自重应力场求解

6.2.3先左洞后右洞开挖模拟分析

6.2.4先右洞后左洞开挖模拟分析

6.2.5带加固措施条件下自重应力场分析

6.2.6回填加固开挖模拟分析

6.3施工顺序确定

6.4围岩稳定性分析及其辅助措施

6.5初期支护参数评价

6.6本章小结

第7章高速公路连拱隧道二次衬砌结构设计力学分析

7.1连拱隧道二次衬砌结构设计概述

7.2二次衬砌结构力学分析过程

7.2.1前处理

7.2.2加载与求解

7.2.3后处理

7.3内力和变形特征分析

7.4本章小结

第8章地铁明挖和暗挖隧道施工过程仿真分析

8.1中国地铁隧道施工方法综述

8.1.1国内外地铁发展历史及现状

8.1.2地铁的组成与特点

8.1.3中国地铁隧道施工方法现状

8.2Shell63壳单元和Solid45实体单元

8.2.1Shell63壳单元

8.2.2Solid45(3－D)实体单元

8.3普通暗挖法施工三维数值模拟分析

8.3.1工程概述

8.3.2单线地铁区间普通暗挖隧道设计

8.3.3有限元模型的建立

8.3.4加载与求解

8.3.5后处理

8.4明挖法施工过程仿真分析

8.4.1单线地铁区间明挖隧道设计概述

8.4.2有限元模型建立

8.4.3加载与自重应力场模拟

8.4.4施工过程仿真分析

8.5计算结果分析

8.6本章小结

第9章地铁盾构隧道管片结构设计力学分析

9.1盾构隧道管片衬砌结构设计概述

9.2模拟管片衬砌结构的力学模型

9.2.1载荷结构模型

9.2.2管片衬砌力学模型

9.3管片衬砌结构力学分析过程

9.3.1前处理

9.3.2加载与求解

9.3.3后处理

9.4内力和变形特征分析

9.5本章小结

第10章地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析

10.1盾构隧道掘进施工模拟方法

10.2工程概述及有限元模型的建立

10.3掘进过程三维仿真分析

10.3.1加载与自重应力场求解

10.3.2加载与自重应力场求解

10.4计算结果分析

10.5本章小结

参考文献

　　本书以工程实例为主，深入浅出地介绍了ANSYS在隧道及地下工程设计与施工中的应用。首先，简要介绍了大型通用有限元软件ANSYS的基本特点、使用界面、在土木工程中的应用情况以及有限元分析的基本过程实例。然后，介绍了隧道及地下工程施工和设计方法以及有限元分析方法。最后，重点介绍了采用ANSYS软件进行隧道及地下工程设计与施工力学问题的工程实例分析，包括地铁明挖隧道、双线铁路隧道、高速公路分离式偏压隧道、高速公路连拱隧道、地铁明挖和暗挖隧道以及盾构隧道的衬砌设计和施工过程力学分析。　　本书以工程实例为主，深入浅出地介绍了ANSYS在隧道及地下工程设计与施工中的应用。首先，介绍了大型通用有限元软件ANSYS的基本特点、使用界面、在土木工程中的应用情况以及有限元分析的基本过程实例。然后，介绍了隧道及地下工程的施工及设计方法，采用有限元法进行隧道及地下工程设计和施工力学分析的基本原理，有限元法的起源、解析步骤及常用术语，可转化为有限元法的弹性力学问题，框架结构有限元解析，平面应变问题有限元解析。最后，重点介绍了采用ANSYS软件进行隧道及地下工程设计与施工力学问题的工程实例分析，包括地铁明挖隧道衬砌结构设计力学分析、双线铁路隧道衬砌结构设计力学分析、高速公路分离式偏压隧道施工过程仿真分析、高速公路连拱隧道二次衬砌结构设计力学分析、地铁明挖和暗挖隧道施工过程仿真分析、地铁盾构隧道管片结构设计力学分析、地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析。　　本书以工程实例为主导，通俗易懂、例子丰富全面，适合作为高等学校隧道及地下工程专业的高年级本科生、研究生、博士生和教师的教材，也可用作科研院所以及从事与隧道及地下工程专业工作相关的技术人员和科研人员的参考用书。