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同济曙光TBM水工隧道设计分析软件使用手册


同济曙光 TBM 水工隧洞设计分析软件

用户手册

上海同岩土木工程科技有限公司 二○○七年九月





目 录
第一章 系统概述 .......................................... 1
1.1 软件系统构成 ....

............................................................................................................................ 1 1.2 系统加密机制 ................................................................................................................................ 1 1.3 系统需求 ........................................................................................................................................ 1 1.4 主要术语 ........................................................................................................................................ 2

第 2 章 软件使用说明 ...................................... 3
2.1 启动程序 ....................................................................................................................................... 3 2.2 规范选择 ....................................................................................................................................... 4 2.3 设置材料 ....................................................................................................................................... 6 2.4 设置断面 ....................................................................................................................................... 9 2.5 网格剖分 ..................................................................................................................................... 11 2.6 围岩基本信息 ............................................................................................................................. 12 2.7 设置工况 ..................................................................................................................................... 12 2.8 地层弹簧 ..................................................................................................................................... 14 2.9 围岩压力 .................................................................................................................................... 16 2.10 衬砌自重 ................................................................................................................................... 19 2.11 衬砌自重 ................................................................................................................................... 19 2.12 外水压力 ................................................................................................................................... 20 2.13 灌浆压力 ................................................................................................................................... 21 2.14 地震荷载 ................................................................................................................................... 22 2.15 温度荷载 ................................................................................................................................... 23 2.16 控制参数设置 ........................................................................................................................... 23 2.17 计算图例和模型 ....................................................................................................................... 27 2.18 分析求解 ................................................................................................................................... 28 2.19 查看结果 ................................................................................................................................... 28 2.20 报告输出 .................................................................................................................................... 32 2.21 注意事项 ................................................................................................................................... 33

第三章 通用功能 ........................................ 34
3.1 文件操作 ..................................................................................................................................... 34 3.2 编辑 ............................................................................................................................................. 36 3.3 查看 ............................................................................................................................................. 36 3.4 窗口 ............................................................................................................................................. 38

附录 A TBM 隧洞建模实例 ................................. 40

I

同济曙光水工隧洞设计分析软件用户手册

第一章

第一章 系统概述
1.1 软件系统构成
TBM 水工隧洞设计分析软件用于计算盾构水工隧洞在设计荷载作用下的结 构内力。软件由 TBM 水工隧洞设计分析软件主程序(前、后处理)和 TBM 水工隧 洞设计分析软件计算程序组成。 TBM 水工隧洞设计分析软件主程序包含了前、后处理的所有功能,用户从 建立计算模型到分析以及查看计算结果均在主程序中进行。 其中前处理的功能是 根据用户输入的数据建立分析模型。 计算程序 (嵌于主程序中, 不能被单独使用) 用于对模型数据进行有限元分析,并输出相应的计算结果。后处理功能则用于将 计算结果用直观的方式显示出来。通过使用 TBM 水工隧洞设计分析软件,用户 只须将隧洞断面、材料信息、荷载、边界条件等参数,就可从获得变形图、等值 线、应力分布曲线及内力图等易于理解的直观结果,用户不必关心与有限元理论 相关的中间处理过程。

1.2 系统加密机制
软件狗是防止软件系统不被非法使用而设计的基于硬件的保护系统, 它用于 确保 TBM 水工隧洞设计分析软件只能在加有软件狗的微机上作用。 当用户要在某台计算机上使用该软件时, 必须首先将软件狗插到本机的打印 机口上,否则运行软件时,系统将会出现软件狗没有找到这一错误信息。

1.3 系统需求
要运行 TBM 水工隧洞设计软件,必须要有以下的硬件和软件的支持: ? Windows 95 或 Windows 98 或 Windows NT3.51/4.0 或 Windows2000 推荐使用 Windows 98 或 Windows NT4.0 或 Windows2000,如果使用 Windows 95 则一定要有 Internet Explorer 4.0 或以上版本。 ? ? ? Intel 486 或 Pentium 或其它兼容处理器 16MB 以上内存 20MB 硬盘空间
1

同济曙光水工隧洞设计分析软件用户手册

第一章

? ? ? ?

交换文件大小视模型的大小而定
640*480*256 色显示器

推荐使用 800*600 以上分辨率,真彩色的显示器
鼠标

1.4 主要术语
管片:圆弧形结构物,用来拼装成隧道外轮廓,本软件指预制的混凝土管片; 衬砌: 由管片通过无螺栓接头或有螺栓接头连接而成, 一环衬砌由几块管片构成; 环向螺栓:为了构成衬砌环,连接管片用的螺栓,本软件以管片接头形式模拟螺
栓的作用。

纵向螺栓:衬砌环之间相互连接的螺栓,在本软件计算模型示意图中,以
示。



管片接头:在隧道横断面上连接管片形成衬砌环的部分,在本软件计算模型示意
图中,以 表示。

管片材料: 在本程序中, 按平面应变问题取 1 米进行计算截面的转动惯量、 面积;
弹性模量可以从规范上查得。

管片宽度:在隧道纵向量测的管片尺寸,同时也是衬砌宽度。 管片厚度:在隧道纵断面的半径方向测得的管片侧壁的高度。
管片宽度 放水带槽

嵌缝槽

管片高度

图 1.4.1 管片宽度、厚度示意图

管片分布自重: 容重乘以管片厚度(不要再乘以宽度)。

2

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第二章

第 2 章 软件使用说明
2.1 启动程序
在正确安装曙光软件后, 选择 开始 程序 同济曙光 4.0 工隧洞分析。即可进入软件的主界面,如图 2.1.1 所示: TBM 水

图 2.1.1 TBM 水工隧洞设计分析软件主界面

单击主菜单上的建模向导和计算结果,分别如图 2.1.2、2.1.3 所示:

图 2.1.2 建模向导菜单

图 2.1.3 计算结果菜单

3

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第二章

用户只需要按照建模向导菜单的顺序依次操作即可完成盾构隧道的内力分 析,下面逐个介绍菜单的意义和对应对话框的操作。

2.2 规范选择
从〈建模向导〉菜单中选择 弹出如下对话框。 ,或者从工程窗口中单击 。

图 2.2.1 规范选择

本 TBM 施工水工隧洞设计软件共考虑了两套设计规范:①《水工隧洞设计 规范(SL279-2002) 》和《水工钢筋混凝土结构设计规范(SDJ20_78) 》 (以下将 第一套设计规范简称:旧规范) ;②《水工隧洞设计规范(DL/T5159_2004) 》和 《水工钢筋混凝土结构设计规范( DL/T_5057_1996) 》 (以下将第二套设计规范 简称:新规范) 。 程序中默认选择为第一套设计规范, 即: 《水工隧洞设计规范 (SL279-2002) 》 和《水工钢筋混凝土结构设计规范( SDJ20_78) 》 。用户可以如下图红圈所示的 下拉菜单对规范进行选择。

图 2.2.2 规范切换

在默认的情况下,点击“规范参数设置” ,会弹出如下所示的对话框:

4

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第二章

图 2.2.3 规范参数设置

共有三项设置,分别是材料、配筋参数设置和抗裂。如上图红圈所示。当前 显示的是“材料”设置对话框,在其中可以设置材料参数值。

图 2.2.4 规范参数设置—配筋参数设置
5

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第二章

点击“配筋参数设置”弹出如图 2.2.4 所示的对话框。 点击“抗裂”弹出如下对话框:

图 2.2.5 规范参数设置—抗裂

2.3 设置材料
建模向导 建模向导 设置断面材料 设置断面材料 管片

图 2.3.1 管片材料编辑器对话框
6

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第二章

操作提示 转动惯量、面积均是取 1 米进行计算。 混凝土弹性模量按规范取值。转动惯量和面积根据管片宽度和衬砌厚度计算 得到。管片宽度项填实际管片宽度。 Pg ? ?? ,其中γ 为管片容重,δ 为管片厚 度。 建模向导 设置断面材料 管片接头

图 2.3.2 管片接头编辑器对话框

接头模式分为线性、双线性和非线性三种模式: 1、接头线性模式
N
k n?

Q
k s?

M

k ?? k ??

k

? n

?u

?v

??

正负不对称

正负对称 图 2.3.3 接头线性模式

正负不对称

关系表达如下:
? K ?0 ?u N ?? n ? ? K n 0 ?u ?u ? 0 ?u ? 0

Q ? K s ?v

? K ? ?? M ? ? ?? ? K ? ??

?? ? 0 ?? ? 0

2、接头双线性模式

7

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第二章

N
? kn

Q

M

k k s?1
?u

? s2

k ??1

k ??2

Vm

?v
k ??2

k

? n

k ??1

?m

??

正负不对称

正负对称 图 2.3.4 接头双线性模式

正负不对称

关系表达如下:
? K ?0 ?u N ?? n ? ? K n 0 ?u ?u ? 0 ?u ? 0

? K ?v Q ? ? s1 ?( K s1 ? K s 2 )vm ? K s 2 ?v
l ?? ? ? m l ?? ? ? m

?v ? vm ?v ? vm

? K l ?? M ? ? ? 1l l l l ?( K? 1 ? K? 2 )? m ? K? 2 ??
3、接头非性模式
N

( l ? ?,? )

Q

M

k

? n

k s?1
Vm

k s?2

k

? ?1

k ??2

u m ?u

?v
k ??2 k ??1

??

k

? n

正负不对称

正负不对称 图 2.3.5 接头非线性模式

正负不对称

关系表达如下:

?u ? ? ?K n 0 ?u ? N ?? u m ? ?u ? ? ? K n 0 ?u

?u ? 0 ?u ? 0

? K ?v Q ? ? s1 ?( K s1 ? K s 2 )vm ? K s 2 ?v
?

?v ? vm ?v ? vm

? ?a ? (1 ? e ?b ?? ) ? c ? ?? M ?? ? ?b ? ?? ? ) ? c ? ?? ?a (1 ? e

?? ? 0 ?? ? 0

8

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第二章

建模向导

设置断面材料

纵向螺栓

图 2.3.6 纵向连接螺栓编辑器对话框
n s
?

?2

? nq

n

?u

s
?
环间接头 管片接头 环间螺栓

i

sq

?v

?1

图 2.3.7 纵向连接螺栓剪切模型

其基本原理如下:

?? nq ? ? K nq I. ? ? ? ? ?? sq ? ?
式中: K nq —纵向连接螺栓周向刚度;

? ??u ' ? ? '? K sq ? ? ? ?v ?

K sq —纵向连接螺栓径向刚度。
注意:只有在错缝拼装的情况下,为了模拟错缝拼装效应,这两个参数才起 作用。

2.4 设置断面
建模向导 设置断面

用来输入隧洞的几何参数,弹出如下的隧洞基本几何参数对话框。
9

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第二章

图 2.4.1 隧洞基本几何参数对话框

结果如下所示:

图 2.4.2 隧洞几何模型

10

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第二章

参数含义

管片总数:一环管片的总数。 衬砌外直径 D1 :输入衬砌外轮廓的直径,以毫米为单位。 衬砌内直径 D2 :输入衬砌内轮廓的直径,以毫米为单位。 纵向螺栓数:输入每个管片上的纵向螺栓数。 右侧第一个螺栓与管片右侧的夹角 ? 1 :输入 ? 1 的角度值。 左侧第一个螺栓与管片左侧的夹角 ? 2 :输入 ? 2 的角度值。

θ

θ

图 2.4.3 水工隧洞几何图

操作提示 在“管片排布”中,编辑螺栓数、 ? 1 和 ? 2 ,其他三项程序自动计算。 螺栓间夹角由程序自动计算。 在参数全部输入后,选择自动计算复选框 ,程序自动计算。

2.5 网格剖分
建模向导 网格剖分 弹出如下对话框:

图 2..5.1 网格控制参数设置对话框

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第二章

单击“确定” ,得到如下图所示的几何计算模型。

图 2.5.2 隧洞网格剖分后计算模型

2.6 围岩基本信息
建模向导 围岩基本信息

弹出围岩基本信息对话框。

图 2.6.1 地层信息对话框

参数含义

围岩压力折减系数 ? i :考虑实际情况对围岩计算压力进行折减。

2.7 设置工况
建模向导 设置工况

弹出荷载工况组合对话框,如图 2.7.1 所示。

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第二章

图 2.7.1 荷载组合对话框

操作提示 这里默认提供设计过程中往往必须计算的三种工况组合: 1、运行期组合:围岩压力+衬砌自重+弹性抗力+内水压力+外水压力; 2、检修期组合:围岩压力+衬砌自重+弹性抗力+外水压力; 3、施工期组合:围岩压力+衬砌自重+弹性抗力+外水压力+灌浆压力。 组合的原则是:计算荷载应根据基本荷载和特殊荷载同时存在的可能性,分 别组合为基本荷载组合和特殊荷载组合两类。荷载组合应切合实际,如作为特殊 荷载的地震荷载不应与其他特殊荷载组合;例如组合后有抵消其他荷载作用时, 该荷载应选择较小值。对不同控制工况应认真分析和选用不同的荷载组合,如发 电引水隧洞检修工况的外水压力应考虑内水外渗对围岩渗流场的影响, 即地下水 位的变化,按运行后最高地下水位计算。在衬砌结构计算中应采用各自的最不利 组合情况,以保证衬砌结构在各种工况下的安全。 《水工钢筋混凝土结构设计规范》 SDJ20-78 规定按单一安全系数极限状态设 计方法进行设计计算,故这里的分项系数全部取为 1.0。 说明: 在选择了旧规范后, 分项系数全部默认为 1, 并且编辑框不可编辑 (即 呈灰色) ;如果一旦选择新规范,则分项系数的值可以由用户输入,如下图所示:

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第二章

图 2.7.2 荷载组合对话框

2.8 地层弹簧
概念:当隧道处于不同的地层之中,一般采用的方法是将隧道所处的地层参 数均一化,如图 2.8.2 所示,本程序将这种处理方法称为单一地层法。当隧道所 处的地层参数相差很大时,这种处理方法会带来计算上的误差,可以采用不同地 层施加不同地层参数的方法,如图 2.8.3 所示。一般而言,水工隧洞可用单一地 层法来处理,故这里选用单一地层法。

盾构隧道所处地层参数平均化

图 2.8.1 地层参数加权平均概念图

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第二章

k1

约束弹簧采用 单一刚度系数

k2

k2

k3

图 2.8.2 单一地层法采用的地层弹簧系数

图 2.8.3 复杂地层法采用的地层弹簧系数

地层抗力即是地层对地下结构的反作用力。当地层抗力为零时,作用在衬砌 上的荷载为静止荷载; 当结构对地层产生挤压时为被动荷载, 此时地层抗力为正; 当结构背离地层有位移时,为主动荷载,此时地层抗力为负。作用在衬砌上的初 始静止荷载可由覆盖土层厚度或泰沙基公式给出。 局部弹簧与全周弹簧的差别在于反向地层力的施加,局部地层弹簧模式在地 层与结构的脱离区不施加荷载而在全周地层模型中考虑到荷载的折减, 施加反向 的地层抗力。

Pg

Pg

局部地层弹簧模式

全周地层弹簧模式

图 2.8.4 地层抗力作用模式

图 2.8.4 给出了地层对结构反作用的局部弹簧和全周弹簧两种作用模式。地 层弹性抗力由下式给出: II. 其中:

Fn ? K n ? U n , Fs ? K s ? U s

?K ? III. K n ? ? n ? ?K n

?K ? , K s ? ? s? Un ? 0 ?K s

Un ? 0

Us ? 0 Us ? 0

式中: Fn , Fs —为法向和切向的抗力; K n , K s 为相应的地层弹簧系数,且 K ? , K ?
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第二章

分别为被动区(压缩状态)和主动区(拉伸状态)的地层弹簧系数,对局部弹簧 作用模式来说,设计中 K ? 赋为零值。 在设计计算过程中,为判断主、被动区的确切位置,需以迭代法作变形控制 分析。 建模向导 地层弹簧

图 2.8.5 地层弹簧系数对话框

2.9

围岩压力
添加荷载 添加荷载 围岩压力 直接输入法

建模向导 建模向导

弹出直接输入法荷载计算对话框。

图 2.9.1 直接输入法荷载计算对话框
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第二章

建模向导

添加荷载

围岩压力

系数法

弹出系数法荷载计算对话框。

图 2.9.2 系数法荷载计算对话框

建模向导

添加荷载

围岩压力

普氏法

弹出普氏法荷载计算对话框。

图 2.9.3 普氏法荷载计算对话框
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第二章

建模向导

添加荷载

围岩压力

泰沙基法

弹出太沙基法荷载计算对话框:

图 2.9.4 太沙基法荷载计算对话框

建模向导

添加荷载

围岩压力

深浅埋隧洞法

弹出深浅埋隧洞法荷载计算对话框:

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第二章

图 2.9.5 深浅埋隧洞法荷载计算对话框

操作提示 直接输入法中可以通过输入不同的顶部围岩压力值来考虑偏压的情况。 可以直接在各种方法的计算结果中修改计算结果。

2.10 衬砌自重
建模向导 添加荷载 衬砌自重

弹出衬砌自重荷载计算对话框: (即为材料编辑对话框)

图 2.10.1 材料编辑对话框

此处调出此对话框,是为了提醒用户,衬砌自重在设置材料时已经考虑了。

2.11 衬砌自重
建模向导 添加荷载 内水压力

弹出内水压力计算对话框:

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第二章

图 2.11.1 内水压力对话框

系统中考虑了设计条件和校核条件下的内水水头,并将隧道底部水平中轴线 设为基准线,即基准线处的水头为零。

2.12 外水压力
建模向导 添加荷载 外水压力

弹出外水压力计算对话框:

图 2.12.1 外水压力对话框

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第二章

系统中考虑了设计条件和校核条件下的外水水头,并将隧道底部水平中轴线 设为基准线,即基准线处的水头为零。

2.13 灌浆压力
建模向导 添加荷载 灌浆压力

灌浆压力的输入参数为灌浆压力值。根据规范,灌浆压力值一般在 0.3MPa~0.5MPa 之间。 灌浆压力的添加有两种方式,一种通过〈建模向导〉菜单中选择添加荷载下 一级菜单中的灌浆压力项, 另一种通过工程窗口中的添加荷载下一级菜单中的灌 浆压力项进行添加。 用户还需要自行选择灌浆范围,在进行上一步操作后,将出现如下图所示的 提示窗口:

图 2.13.1 灌浆压力 灌浆范围的确定通过节点进行选择。 节点的显示可以通过显示菜单项中显示 节点进行显示,或者通过下图所示的按钮进行显示。

图 2.13.2 显示节点 在得到节点图中, 用户可以单个选择或者框选需要施加灌浆压力的节点如图 2.14.3,选择完毕右键点击,出现如图 2.13.4 所示的灌浆压力输入框:

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第二章

图 2.13.3

选择节点

图 2.13.4

灌浆压力

输入灌浆压力值,确定,所选择的节点将施加灌浆压力。

2.14 地震荷载
建模向导 添加荷载 地震荷载

地震荷载的计算是依据工况考虑的因素来确定的,计算方法为拟静力法。

图 2.14.1 地震荷载计算

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第二章

2.15 温度荷载
建模向导 添加荷载 温度荷载

由于衬砌混凝土的干缩和热胀冷缩, 而且由于衬砌外侧围岩阻碍衬砌的自由 膨胀,所以在衬砌内部产生温度应力。

图 2.15.1 温度荷载施加

2.16 控制参数设置
建模向导 求解控制参数

对盾构的计算模型、分析方法进行选择,它包括三个属性页,如下所示。 建模向导 求解控制参数 计算模型

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第二章

图 2.16.1 求解控制参数向导 1—计算模型对话框

操作提示 对管片的离散化采用了两种型式:直梁和曲梁,直梁模型是曲梁模型的一种 特殊形式,数值计算结果表明,当剖分单元取得足够小时,完全可以由直梁模型 代替曲梁模型,将复杂问题简单化。 对管片接头的模拟采用了三种型式:匀质圆环、弹簧元和接头元。 匀质圆环(修正惯用法) :将接头部分弯曲刚度的降低评价为环整体的弯曲 刚度的降低、管片是具有 ?EI (弯曲刚度的有效率 ? ? 1 )弯曲刚度均匀的环(平 均刚度均匀环)的方法。考虑到错缝接头的接头部分弯矩的分配,在从根据 ?EI 均匀弯曲刚度环计算出来的截面内力中,对弯矩考虑一个增减 ? (弯矩的提高率

? ? 1) ,设 (1 ? ? ) M 为主截面的设计弯矩, (1 ? ? ) M 为接头的设计用弯矩。
弹簧元:将管片视为梁,而将接头视为具有一定转动刚度的弹簧联接件。其 中梁可分为直梁或曲梁,弹簧用于综合模拟管节接头的形式、防水充填材料的性 态。梁弹簧模型是目前普遍采用的计算模型,推荐使用。
kn
ks

k?

图 2.16.2 梁 - 弹 簧 模 型
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第二章

接头元:由于管片之间存在不连续面,模拟管片间的连接时,宜引入以考虑 点与点接触为特征的接头单元模拟管节间接头的不连续性, 梁接头与梁弹簧模型 相比可以得到:两相邻管片接头间的相对不连续变形量,可以得到连接螺栓的内 力特别是剪力,接头的非线性效应可以得到有效的模拟。
?2

n

2
s
?

?
1

?1

图 2.16.3 梁 - 接 头 模 型

建模向导

求解控制参数

管片拼装

图 2.16.4 求解控制参数向导 2—管片拼装对话框

操作提示: 盾构隧道拼装方式分为通缝和错缝,错缝分为 A-B-A、A-B-C 两种方式。曙 光软件中对错缝拼装效应采用纵向螺栓剪切模型,采取三环计算。 错缝 A-B-A 拼装示意图:

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第二章

第一环 A 型环

第二环 B 型环

第三环 A 型环

错缝 A-B-C 拼装示意图:

第一环 A 型环

第二环 B 型环

第三环 C 型环

n s

环间接头 管片接头 环间螺栓

图 2.16.5 计算用三环管片环拼装示意图

参数含义

前后环与当前环转动螺栓数:确定相邻环的位置。
建模向导 求解控制参数 迭代控制

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第二章

图 2.16.6 控制参数向导 3—迭代控制对话框

增量加载总数:在进行接头的双线性,非线性分析时,控制荷载施加的增量值,
总荷载值/增量加载次数即为每一步施加的荷载值,当接头采用线性分布时选用 默认值即可。

增量输出控制参数:当采用分步加载时,每一步的结果是否输出,填 0 时为不
输出计算结果,填其他的值为输出结果,当采用线性接头时可以采用默认值。

迭代控制参数:在采用梁接头模型分析时,接头采用双线性或非线性分析时,需
要通过迭代计算,通过此选项可以控制是否采用迭代计算。 操作提示 为处理材料接头双线性、非线性等问题,需要进行分次加载,即增量加载。 通过加载过程中不断调整接头刚度的取值,用分段直线逼近材料的非线性性态。 一般地,对于线性材料,只需进行全量加载即可。

2.17 计算图例和模型
以上工作完成后,即得到 TBM/盾构水工隧洞的计算图例和模型。用户可以 通过工具条 来查看具体的内容。

27

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第二章

图 2.17.1 工具条

图 2.17.2 计算模型

2.18 分析求解
建模向导 分析求解

图 2.18.1 正确求解提示

2.19 查看结果
2.19.1 内力
显示 弯矩

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第二章

图 2.19.1.1 弯矩图

用户可以通过计算结果

后处理显示设置或单击工具条上的

图标对显

示的结果进行重新调整,以达到自己的要求。图 2.19.1.2 为重新调整后的结果。

图 2.19.1.2 后处理显示设置

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第二章

图 2.19.1.3 调整后的弯矩图

其他结果可以通过

进行切换查看,方法同上。

另外用户可以对图中螺栓的大小进行调节,一般情况下,程序会自动计算好 螺栓的大小,用户无需更改。

2.19.2 配筋及正常使用极限状态验算
从菜单中选择正截面配筋图标 ,即弹出以下对话框,见图 2.19.2.1 所示。

如图 2.19.2.1 所示,在配筋计算选项中,各节点的轴力和弯矩在能在窗口中 实时显示, 该节点处的配筋结果和正常使用极限状态验算也能够实时显示。 在 “配 筋详细结果” 和“验算详细结果”按钮可以进一步查看计算结果,分别如图 2.19.2.2、2.19.2.3 所示。 通过“配筋参数设置”可以实时地修改计算参数值。此外, “信息输入”一 栏的参数也可以由用户自己输入,从而“配筋计算”可以作为一个独立的求解器 使用,如图 2.19.2.4 所示。

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第二章

图 2.19.2.1 正截面配筋计算

图 2.19.2.2 正截面配筋计算

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第二章

图 2.19.2.3 正截面配筋计算

图 2.19.2.4 正截面配筋计算

2.20 报告输出
从<计算>菜单中选择<生成计算书>,或从工具栏中单击 。可以弹出如 下对话框。计算报告内容的输出有多种形式,用户可以根据需要进行选择。

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第二章

图 2.20.1 输出计算报告设置界面

2.21 注意事项
1、在选择了新规范时,“配筋计算”对话框中的轴力和弯矩的值在程序内部 会考虑了结构系数 ? d 。故用户将“配筋计算”对话框作为一个独立的求解器 时,就不要再考虑结构系数 ? d 。 2、当打开一个已经分析好的模型(*.yts)文件时,界面上显示的计算结果可 能有误,这时须要重新网格划分(注意:不要修改网格控制参数),点击分 析求解即可得到原先的计算结果。

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第三章

第三章
3.1 文件操作
<文件>菜单的内容如下:

通用功能

3.1.1 新建 此功能用于建立一个新的数据文件。由于 TBM 水工隧洞设计软件是一个多 文档界面系统,因此新建一个数据文件不会删除当前数据文件中的数据内容。 3.1.2 打开 此功能用于打开并读入已存在的数据文件。由于 TBM 水工隧洞设计软件是 一个多文档界面系统, 因此打开一个已存在的数据文件也不会删除当前数据文件 中的数据内容。 3.1.3 关闭 此功能用于关闭当前的数据文件。 由于关闭当前的数据文件会删除当前数据 文件的所有内容,因此用户应确保当前数据文件的内容已经存盘。

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第三章

3.1.4 保存 此功能用于重新保存已存在的文件。为防止误操作破坏有用的数据,建议用 户经常保存当前文件。如果以前已经保存过这个文件,程序会自动将保存自上次 保存以来用户做的所有修改。如果从未保存过这个文件,则会弹出保存文件对话 框,提示用户输入文件名(注意:不需要输入扩展名) 。 3.1.5 另存为 此功能用于将当前数据保存到指定的文件中去, 其主要用于数据文件名的更 新或重新备份等。 3.1.6 导入 (1) 导入 DXF 文件 此功能用于读入 AutoCAD 的 DXF 格式的文件。用户可以将 AutoCAD 的文 件通过这种方法导入到 TBM 水工隧洞设计软件的系统中来。注意:在当前的版 本中,只能识别 AutoCAD 中的直线,其它类型的绘图对象如圆、椭圆以及块信 息等目前尚不能识别。直线的一些信息,如:颜色、层可以识别。 (2) 导入同济曙光图形文件 此功能用于读入隧洞设计信息。 用户可通过此功能倒入已经保存好的计算模 型,计算模型信息包括隧洞断面参数,荷载和工况,材料等参数。 3.1.7 导出 (1) 导出 DXF 文件 此功能用于将当前的数据文件输出为 AutoCAD 的 DXF 格式文件,以供 AutoCAD 调用。 (2) 导出同济曙光图形文件 此功能用于将当前的数据文件输出为同济曙光软件所输出的 PRE 格式文件, 用于进行隧洞设计计算。 (3) 导出 BMP 文件 此功能用于将当前窗口内显示的图形内容保存为一幅 BMP 图像。 由于 BMP 图像能为很多软件所识别,因此为撰写文档或打印提供了另外一种灵活的形式。

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第三章

3.1.8 打印 此功能提供了将当前窗口显示的内容在打印机上打印输出的功能。 3.1.9 打印预览 此功能提供了打印预览的功能, 该功能可以让用户在屏幕上模拟打印机上输 出的结果。 3.1.10 打印设置 此功能提供了打印设置功能。

3.2 编辑
如下图所示,编辑菜单的内容有撤消、重复、剪切、复制和粘贴功能。

3.2.1 剪切 此功能用于将当前窗口的部分或全部显示内容剪去并以图形的形式保存到 Windows 系统的剪贴板上, 可用于编辑图形以及向其它程序如 Word 等传递图像。 3.2.2 复制 此功能用于将当前窗口的显示内容以图像的形式保存到 Windows 系统的剪 贴板上,可用于向其它程序如 Word 等传递图像。 3.2.3 粘贴 此功能用于将 Windows 系统的剪贴板上的图形粘贴到当前窗口内。

3.3 查看
如下图所示, “查看”菜单中主要有放大、缩小、窗口放大、动态缩放和移
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第三章

动窗口等功能。此外还有一些显/隐工具栏的功能。

3.3.1 放大 此功能用于将当前窗口的内容放大一倍。 3.3.2 缩小 此功能用于将当前窗口的内容缩小一倍。 3.3.3 窗口放大 此功能用于放大用户指定的窗口内容。 3.3.4 动态缩放 此功能用于动态缩放当前窗口的内容。也即随着鼠标的上、下拖动,窗口内 显示的内容在随时的放大或缩小。 3.3.5 缩放至全图 此功能用于将所有内容在当前窗口中显示出来。

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第三章

3.3.6 缩放至前一个视图 此功能用于将图形缩放到执行上一次缩放操作之前的状态。 3.3.7 缩放至选定的对象 此功能用于将选定的图形内容缩放到当前窗口大小。 3.3.8 原始尺寸 此功能用于将所有内容缩放到最初始的状态。 3.3.9 移动窗口 此功能用于移动窗口内显示的内容。 3.3.10 全屏幕 此功能用于全屏显示当前窗口的内容。 3.3.11 工具栏 此功能用于控制工具栏的开启与关闭。 3.3.12 工程窗口 此功能用于控制工程窗口的开启与关闭 3.3.13 命令窗口 此功能用于控制命令窗口的开启与关闭 3.3.14 状态栏 此功能用于控制状态栏的开启与关闭

3.4 窗口
“窗口”菜单主要包括如示功能。

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第三章

3.4.1 新建窗口 选择此功能后,将新建一窗口显示当前数据文件的内容。 3.4.2 层叠 选择此功能后,所有子窗口将以层叠形式显示。 3.4.3 平铺 选择此功能后,所有子窗口将以平铺形式显示

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附录 A

附录 A

TBM 隧洞建模实例

现在我们利用根据第二章的使用说明来进行一个算例的计算。

<1> 建模信息
1.1 断面参数
隧洞断面类型:圆形断面, 矩形管片拼装。 管片总数: 6 管片外直径: 2.800 m 管片内直径: 2.500 m 管片定位角θ s: 80.000 °
(注:管片定位角θ s 指的是起始管片右侧边缘相对于 y 轴的角度,逆时针为正。 )

1.2

断面参数
表 A_1.2 管片参数列表
管片编号 螺栓数 θ 1 θ 2 管片夹角 管片起始角 管片终止角 单元剖分数

1 2 3 4 5 6

0 2 2 2 2 2

0.000°

0.000°

20.000°

80.000° 100.000° 162.000° 234.000° 306.000° 18.000°

100.000° 162.000° 234.000° 306.000° 18.000° 80.000°

5 5 5 5 5 5

8.000° 18.000° 62.000° 18.000° 18.000° 72.000° 18.000° 18.000° 72.000° 18.000° 18.000° 72.000° 18.000° 8.000° 62.000°

螺栓间夹角;36.000 ° 。

隧洞断面模型如下图所示:

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附录 A

<2> 建立模型
从<建模向导>选择<设置断面>,或者首先从<工具窗口中选择<水工隧洞向 导>,接下来选择<设置断面>。断面参数如表 A_1.2 所示。

注意:第一个管片的螺栓数设为零个。 点击确定,得到如下图形:

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附录 A

<3> 规范选择
从〈建模向导〉菜单中选择 下图所示: ,或者从工程窗口中单击 。如

本实例选择 “水工隧洞设计规范(SL279-2002)”规范。配筋参数均采用软件系 统默认值,即对配筋参数设置不做任何修改。

<4> 定义材料
从〈建模向导〉菜单中选择 。 输入材料参数,如下图所示。
42

,或者从工程窗口中单击

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附录 A

管片:

管片接头:

纵向螺栓:

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附录 A

<5> 网格剖分
从〈建模向导〉菜单中选择 入网格控制参数,如下图所示。 ,或者从工程窗口中单击 。输

点击确定:

<6> 围岩基本信息输入
从〈建模向导〉菜单中选择 ,或者从工程窗口中单击 。弹 出如下图所示窗口,采用系统默认值,点击确定。

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附录 A

<7> 设置工况组合
从〈建模向导〉菜单中选择 ,或者从工程窗口中单击 。弹 出如下图所示窗口,选上灌浆压力,其余设置图中所示,点击确定。

<8> 地层弹簧
从〈建模向导〉菜单中选择 ,或者从工程窗口中单击 。弹 出如下图所示窗口,采用系统默认值,点击确定。

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附录 A

地层弹簧施加后模型图如下所示:

<9> 添加荷载
9.1 施加围岩压力 围岩压力的输入采用的方法是直接输入法,各荷载值如下图所示:

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附录 A

点击确定,得到如下图形:

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附录 A

9.2 衬砌自重 衬砌自重的添加有两种方式,一种通过〈建模向导〉菜单中选择添加荷载下 一级菜单中的衬砌自重项, 另一种通过工程窗口中的添加荷载下一级菜单中的衬 砌自重项进行添加。 点击计算衬砌自重, 程序将自动根据衬砌厚度和衬砌材料重度计算出衬砌自 重。

<10> 分析计算
10.1 保存 开始计算前,我们需要将此模型存盘。从<文件>菜单中选择<另存为>,或从 工具栏中单击 按钮。 10.2 计算分析 从<建模向导>菜单中选择<分析求解>,或从工程窗口中选择 <分析求解>。 当计算结束后会弹出如下提示框。 。在保存为对话框中指定文件名或者自行命名后单击“确定”

确定后,计算结果会自动读入并显示出后处理工具栏,用户可以利用后处理

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附录 A

工具栏

查看感兴趣的结果。

弯矩图

梁单元轴力
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附录 A

梁单元剪力

当前工况(运行期)的内力计算结果如下:
内力计算结果 单元节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 轴力 N(kN) 347.63 365.77 387.91 413.24 439.84 465.79 491.57 514.89 530.46 537.76 538.27 525.14 509.44 492.49 475.45 456.84 439.17 429.03
50

弯矩 M(kN·m) 100.00 83.40 62.01 36.28 8.28 -19.80 -45.82 -72.60 -90.35 -97.39 -93.28 -82.39 -66.53 -47.58 -27.32 -7.32 15.18 33.06

剪力 Q(kN) 44.88 64.29 77.31 84.14 84.38 78.20 64.40 42.69 16.93 -9.89 -32.71 -47.66 -56.94 -60.89 -60.09 -54.11 -43.00 -30.85

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附录 A

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

425.90 425.13 424.64 424.51 424.64 425.13 425.90 429.03 439.17 456.84 475.45 492.49 509.44 525.14 538.27 537.76 530.46 514.89 491.57 465.79 439.84 413.24 387.91 365.77 347.63 338.82 335.35 334.19 335.35 338.82

45.89 54.21 58.18 60.08 60.08 58.18 54.21 45.89 33.06 15.18 -7.32 -27.32 -47.58 -66.53 -82.39 -93.28 -97.39 -90.35 -72.60 -45.82 -19.80 8.28 36.28 62.01 83.40 100.00 104.92 107.42 107.42 104.92

-20.00 -11.94 -5.71 0.00 5.71 11.94 20.00 30.85 43.00 54.11 60.09 60.89 56.94 47.66 32.71 9.89 -16.93 -42.69 -64.40 -78.20 -84.38 -84.14 -77.31 -64.29 -44.88 -26.65 -13.50 -0.00 13.50 26.65

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附录 A

<11>

配筋计算

计算分析成功后,从工具栏中选择 如上图。

按钮,即可查看各节点的配筋结果,

<12> 报告输出
从〈计算结果〉菜单中选择生成计算书,或者单击后处理工具条中的 。

弹出如下图所示窗口,采用系统默选项,单击确定,即可自动生成 word 报告。

报告输出过程片断:
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附录 A

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