Midas GTS Nx在標準圖結構檢算中的應用
——與Ansys對比分析

康 芮

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

Midas GTS Nx在標準圖結構檢算中的應用
——與Ansys對比分析

康 芮

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

結構檢算是現在隧道標準圖設計中不可或缺的一個環節，Ansys存在圖形界面操作復雜，模型檢查不方便，命令流語句冗長，出錯后不易找出命令語句錯誤的地方等諸多不足。Midas GTS Nx屬于新一代的有限元分析軟件，用戶界面友善，操作直觀。文章通過對不同圍巖級別的隧道結構內力計算分析，得出Midas和Ansys計算結構內力分布規律以及結構內力數值均相近，總體來說Midas計算值稍大，但在可接受范圍內。因此，在以后的標準圖結構檢算中采用Midas軟件可以大大提高工作效率。

結構檢算； Ansys； Midas

隧道設計中采用隧道襯砌標準圖，標準圖是基于荷載結構計算理論編制，荷載結構模型構成了鐵路隧道結構設計的基礎。本文以織畢線無砟軌道隧道襯砌標準圖為基礎，采用荷載結構模型，在確定計算參數后，應用Ansys和Midas兩款有限元軟件分別計算結構內力，比較結果的差異。

1 計算依據及計算模型

1.1 計算依據

針對標準圖采用荷載-結構模型計算，文章采用以下計算依據。

(1)計算程序： Ansys和Midas計算程序。

(2)荷載確定：只考慮主要荷載，即圍巖壓力、結構自重，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖荷載均按深埋考慮。

(3)Ⅲ級圍巖二次襯砌按承受圍巖松弛荷載的30 %檢算結構強度安全；Ⅳ～Ⅴ級圍巖二次襯砌作為承載結構，按承受圍巖松弛荷載的70 %計算。

(4)根據TB 10003-2005《鐵路隧道設計規范》(以下簡稱《隧規》)附錄E，計算淺埋情況下的垂直壓力與水平壓力。

(5)計算中考慮復合襯砌背后完全回填密實，計算均假定襯砌背后圍巖能提供彈性反力。荷載結構模型采用主動荷載加圍巖彈性約束。

1.2 計算參數

根據《隧規》選?、?、Ⅳ、Ⅴ級圍巖參數取值如表1所示。Ⅲ級圍巖二次襯砌采用C30素混凝土，Ⅳ、Ⅴ級圍巖二次襯砌采用C35鋼筋混凝土，混凝土結構計算參數如表2所示。

表1 圍巖計算參數

表2 二次襯砌計算參數

1.3 計算模型

不同級別圍巖計算時的單元編號均同圖1、圖2，不同圍巖級別模型區別在于具體尺寸。模型總計100個單元，為對稱結構，拱墻部分采用76個單元，仰拱部分采用24個單元。

2 計算結果分析

根據圍巖及二襯襯砌計算參數，對不同圍巖級別深埋情況分別采用Ansys和Midas計算結構內力，計算結果如表3所示。

通過表3可以分析，不同圍巖級別分別采用Ansys和Midas計算結果相近，內力分布規律相似。其中軸力差值在±10 %范圍內，彎矩差值在+32 %范圍內，剪力差值在+12 %范圍內。

Midas采用荷載結構模型計算隧道結構內力整體比Ansys計算結果大，其中彎矩相差最大為32 %，軸力和剪力相差

表3 不同圍巖級別Ansys與Midas計算結果對比

圖1 Ansys荷載-結構計算模型

圖2 Midas荷載-結構計算模型

最大為12 %，此誤差在可接受范圍，內力值稍大在結構設計中偏于保守。

3 結論

通過Ansys和Midas對不同圍巖級別隧道結構內力的計算分析，可以得出以下結論:

(1)Midas計算隧道結構內力和Ansys計算隧道結構內力在圖形上基本吻合，兩者計算原理相似，主要差異在于對圍巖彈性連接系數的取值。

(2)Midas和Ansys在隧道結構內力計算數值上相近，軸力和剪力數值相差最大為12 %，彎矩相差最大為32 %，Midas計算內力總體比Ansys大。

(3)實際工程中不同圍巖級別彈性連接系數帶有很大的不確定性，只要得到的結果與工程經驗沒有過大的出入，都可以認為是正確的結果。所以Midas可以完全可以應用到隧道結構計算中。

[1] TB 10003-2005 鐵路隧道設計規范[S].

[2] Richards J A. Inspection, Maintenance and Repair of Tunnels: International Lessons and Practice[J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 1998, 13(4):369-375.

[3] 周笑, 彭陽. 荷載-結構模型在黃土隧道二次襯砌設計中的應用[J].四川建筑, 2007(5): 92-93.

[定稿日期]2017-06-21

康芮(1985～)，男，碩士研究生, 工程師, 從事隧道及地下工程設計研究工作。

U452.2

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