Midas GTS Nx在标准图结构检算中的应用——与Ansys对比分析

康 芮

(中国中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

Midas GTS Nx在标准图结构检算中的应用
——与Ansys对比分析

康 芮

(中国中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

结构检算是现在隧道标准图设计中不可或缺的一个环节，Ansys存在图形界面操作复杂，模型检查不方便，命令流语句冗长，出错后不易找出命令语句错误的地方等诸多不足。Midas GTS Nx属于新一代的有限元分析软件，用户界面友善，操作直观。文章通过对不同围岩级别的隧道结构内力计算分析，得出Midas和Ansys计算结构内力分布规律以及结构内力数值均相近，总体来说Midas计算值稍大，但在可接受范围内。因此，在以后的标准图结构检算中采用Midas软件可以大大提高工作效率。

结构检算； Ansys； Midas

隧道设计中采用隧道衬砌标准图，标准图是基于荷载结构计算理论编制，荷载结构模型构成了铁路隧道结构设计的基础。本文以织毕线无砟轨道隧道衬砌标准图为基础，采用荷载结构模型，在确定计算参数后，应用Ansys和Midas两款有限元软件分别计算结构内力，比较结果的差异。

1 计算依据及计算模型

1.1 计算依据

针对标准图采用荷载-结构模型计算，文章采用以下计算依据。

(1)计算程序： Ansys和Midas计算程序。

(2)荷载确定：只考虑主要荷载，即围岩压力、结构自重，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩荷载均按深埋考虑。

(3)Ⅲ级围岩二次衬砌按承受围岩松弛荷载的30 %检算结构强度安全；Ⅳ～Ⅴ级围岩二次衬砌作为承载结构，按承受围岩松弛荷载的70 %计算。

(4)根据TB 10003-2005《铁路隧道设计规范》(以下简称《隧规》)附录E，计算浅埋情况下的垂直压力与水平压力。

(5)计算中考虑复合衬砌背后完全回填密实，计算均假定衬砌背后围岩能提供弹性反力。荷载结构模型采用主动荷载加围岩弹性约束。

1.2 计算参数

根据《隧规》选取Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩参数取值如表1所示。Ⅲ级围岩二次衬砌采用C30素混凝土，Ⅳ、Ⅴ级围岩二次衬砌采用C35钢筋混凝土，混凝土结构计算参数如表2所示。

表1 围岩计算参数

表2 二次衬砌计算参数

1.3 计算模型

不同级别围岩计算时的单元编号均同图1、图2，不同围岩级别模型区别在于具体尺寸。模型总计100个单元，为对称结构，拱墙部分采用76个单元，仰拱部分采用24个单元。

2 计算结果分析

根据围岩及二衬衬砌计算参数，对不同围岩级别深埋情况分别采用Ansys和Midas计算结构内力，计算结果如表3所示。

通过表3可以分析，不同围岩级别分别采用Ansys和Midas计算结果相近，内力分布规律相似。其中轴力差值在±10 %范围内，弯矩差值在+32 %范围内，剪力差值在+12 %范围内。

Midas采用荷载结构模型计算隧道结构内力整体比Ansys计算结果大，其中弯矩相差最大为32 %，轴力和剪力相差

表3 不同围岩级别Ansys与Midas计算结果对比

图1 Ansys荷载-结构计算模型

图2 Midas荷载-结构计算模型

最大为12 %，此误差在可接受范围，内力值稍大在结构设计中偏于保守。

3 结论

通过Ansys和Midas对不同围岩级别隧道结构内力的计算分析，可以得出以下结论:

(1)Midas计算隧道结构内力和Ansys计算隧道结构内力在图形上基本吻合，两者计算原理相似，主要差异在于对围岩弹性连接系数的取值。

(2)Midas和Ansys在隧道结构内力计算数值上相近，轴力和剪力数值相差最大为12 %，弯矩相差最大为32 %，Midas计算内力总体比Ansys大。

(3)实际工程中不同围岩级别弹性连接系数带有很大的不确定性，只要得到的结果与工程经验没有过大的出入，都可以认为是正确的结果。所以Midas可以完全可以应用到隧道结构计算中。

[1] TB 10003-2005 铁路隧道设计规范[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, 彭阳. 荷载-结构模型在黄土隧道二次衬砌设计中的应用[J].四川建筑, 2007(5): 92-93.

[定稿日期]2017-06-21

康芮(1985～)，男，硕士研究生, 工程师, 从事隧道及地下工程设计研究工作。

U452.2

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