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浅谈ANSYS在大跨度地下车站结构计算中的应用.pdf
浅谈ANSYS 在大跨度地下车站结构计算中的应用 熊 健 技 术 应 用 研 究
浅谈AN SY S 在大跨度地下车站
结构计算中的应用
熊 健
(铁道第四勘察设计院城建院 武汉 430063)
【摘 要】某火车站为地下三层结构,主体结构跨度大,拟采用型钢混凝土组合梁,用ANSYS 有限元
对主体结构进行计算。介绍了ANSYS 的建模的单元选取、模型建立、计算结果的读取,并进行比较,得
出了一些结论,总结了ANSYS 在大跨度地下车站结构计算中的一些方法和技巧。
【关键词】地下结构 ANSYS solid45 shell63 地下车站
ANSYS 是由美国ANSYS 公司开发的一种大 入到地下工程的结构计算中来。本文结合大跨地
型通用有限元分析软件。由于在解决结构、热、流 下火车站的设计工作谈谈ANSYS 在地下车站结
体、电磁、声学等工程问题中的突出表现,使其在 构计算中的应用。
工程界得到广泛应用。近年来随着城市轨道交通
和高速铁路的迅猛发展,以及人们对地下空间的 1 工程概况
开发利用,修建在地下的地下火车站、地铁车站、
地下商场不断出现,这些地下工程在给我们带来 某高速铁路的火车站为地下三层车站,总长
良好的经济效益和社会效益的同时,对于地下工 1226m ,有两个标准段,标准段宽81.34m ,剖面柱间
程的设计也提出了很高的要求,设计需要准确的 跨度最大达19.5m ,纵向柱跨度达12m ,底板埋深约
计算结果作为设计依据,因此,把ANSYS 软件引 31.5m 。结构标准断面的结构剖面如图1 所示。
图1 结构剖面图
( ) 41
铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007 4
铁道勘测 设计
主体的跨度较大,顶板所受的荷载较大,如采 的混凝土梁是合适的,以前的计算经验已经证明,
用混凝土梁,应截面大,会直接影响建筑净空,因此, 不再赘述。对于型钢混凝土组合梁,计算中因为关
采用型钢混凝土组合梁,可有效减少梁截面;主体 心的是弯矩的分配,型钢混凝土组合梁的截面刚度
跨度较大,除设置纵向主梁外,还设置了一定量的 是远大于同截面的混凝土梁的,所以必须得把型钢
次梁,以减少板的厚度;主体跨度大,对结构抗浮不 混凝土组合梁的截面刚度折算成混凝土梁的刚度,
利,因此要设置一定量的抗拔桩,一方面满足抗浮 按照 折算(图3)。
计算,另外一方面改善底板的受力。将采用ANSYS
软件来进行三维计算,为设计提供依据。
2 单元选取
ANSYS 计算中,单元的选取是计算的关键的
一步,关系到计算的成败和计算的成本。对于地下
箱形的混凝土框架结构,梁、柱、板、侧墙可以采用
solid45 单元来模拟三维实体,姑且称之为整体单元
图3 BEAM188 几何描述图
选取方案;也可以分别用梁单元 beam 188 来模拟
梁、柱,板壳单元shell63 来模拟板、侧墙,姑且称之 SHELL63 元素,这是ANSYS 的古典板壳元素.
为单体单元选取方案。下面我们对 solid45、 注意,虽然SHELL63 是2D 的几何形状,但是它是
beam 188、shell63 分别进行分析。 布置在3D 的空间中,所以板壳结构分析是3D 的
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