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第1章　大型有限元软件ANSYS简介1

1.1　ANSYS软件概述1

1.1.1　ANSYS软件在计算机辅助工程中的地位1

1.1.2　ANSYS软件的主要技术特点1

1.1.3　ANSYS软件的主要功能2

1.1.4　安装ANSYS软件对系统的要求2

1.2　ANSYS使用介绍3

1.2.1 安装过程3

1.2.2　ANSYS运行初始参数设置3

1.2.3　ANSYS软件启动与退出6

1.2.4　ANSYS软件使用界面7

1.3　ANSYS软件在土木工程中的应用概况9

1.3.1　桥梁工程9

1.3.2　隧道及地下工程13

1.3.3　房屋建筑工程14

1.3.4　边坡工程15

1.3.5　基础工程15

1.4　ANSYS有限元分析基本过程实例17

1.4.1 三跨连续梁受力分析17

1.4.2　前处理17

1.4.3　加载与求解22

1.4.4　后处理24

1.4.5 与结构力学位移法理论计算结果比较26

1.5　命令流程序29

1.6　本章小结31

第2章　隧道及地下工程施工与设计方法33

2.1　隧道及地下工程发展概况33

2.1.1　发展阶段33

2.1.2　隧道及地下工程的用途34

2.1.3　可持续发展的隧道及地下工程34

2.1.4　隧道及地下工程发展概况35

2.2　隧道及地下工程施工方法概述36

2.2.1　新奥法36

2.2.2　浅埋暗挖法40

2.2.3　明挖法及其变种方法41

2.2.4　盾构法42

2.2.5　沉管法46

2.2.6　辅助工法48

2.3　隧道及地下工程设计方法51

2.3.1　隧道及地下工程设计分析力学模型51

2.3.2　工程类比法52

2.3.3　载荷—结构法53

2.3.4　地层—结构法55

2.4　本章小结56

第3章　隧道及地下工程有限元数值模拟方法57

3.1　有限元法概述57

3.1.1　有限元法的发展过程57

3.1.2　有限元法常用术语58

3.1.3　有限元法解析步骤59

3.2　有限元法原理60

3.2.1　弹性力学基本方程60

3.2.2　变分法61

3.2.3　加权余量法62

3.2.4　瑞利—理兹法63

3.3　梁单元有限元解析63

3.3.1　梁单元刚度矩阵的计算式64

3.3.2　总刚矩阵的计算式64

3.3.3　等效节点载荷计算式64

3.3.4　平衡方程组的求解65

3.4　实体单元有限元解析66

3.4.1　单元网格划分66

3.4.2　单元刚度矩阵推导67

3.4.3　节点载荷向量的计算式69

3.4.4　平衡方程组的建立69

3.4.5　方程组的求解与后处理69

3.5 本章小结70

第4章　地铁明挖隧道衬砌结构设计力学分析71

4.1 明挖隧道衬砌结构设计概述71

4.2　Beam3和Combin14单元73

4.2.1　Beam3单元73

4.2.2　Combin14单元77

4.3　衬砌结构力学有限元分析过程79

4.3.1 前处理79

4.3.2　加载与求解84

4.3.3　后处理86

4.4　计算结果分析94

4.5　本章小结95

第5章　双线铁路隧道衬砌结构设计力学分析97

5.1 双线铁路隧道断面设计概述97

5.2　Plane42和Link单元99

5.2.1　Link单元100

5.2.2　Plane42单元102

5.3　二次衬砌结构力学分析105

5.3.1　材料物理力学参数和载荷计算105

5.3.2　前处理106

5.3.3　加载与求解110

5.3.4　后处理112

5.4　隧道长期安全性评价117

5.5 台阶法施工过程仿真分析118

5.5.1　前处理118

5.5.2　加载与自重应力场求解127

5.5.3　上台阶开挖模拟分析129

5.5.4　下台阶开挖模拟分析133

5.6　初期支护参数评价139

5.7　本章小结140

第6章　高速公路分离式偏压隧道施工过程仿真分析141

6.1 高速公路分离式偏压隧道设计概述141

6.2　施工过程仿真分析145

6.2.1　前处理145

6.2.2　加载与自重应力场求解159

6.2.3　先左洞后右洞开挖模拟分析160

6.2.4　先右洞后左洞开挖模拟分析198

6.2.5　带加固措施条件下自重应力场分析236

6.2.6　回填加固开挖模拟分析240

6.3　施工顺序确定278

6.4 围岩稳定性分析及其辅助措施279

6.5　初期支护参数评价281

6.6　本章小结284

第7章　高速公路连拱隧道二次衬砌结构设计力学分析285

7.1　连拱隧道二次衬砌结构设计概述285

7.2　二次衬砌结构力学分析过程287

7.2.1　前处理287

7.2.2　加载与求解293

7.2.3　后处理297

7.3 内力和变形特征分析303

7.4　本章小结305

第8章　地铁明挖和暗挖隧道施工过程仿真分析306

8.1 中国地铁隧道施工方法综述306

8.1.1 国内外地铁发展历史及现状306

8.1.2　地铁的组成与特点307

8.1.3 中国地铁隧道施工方法现状307

8.2　Shell63壳单元和Solid45实体单元308

8.2.1 Shell63壳单元308

8.2.2　Solid45（3-D）实体单元312

8.3　普通暗挖法施工三维数值模拟分析315

8.3.1　工程概述316

8.3.2　单线地铁区间普通暗挖隧道设计317

8.3.3　有限元模型的建立318

8.3.4　加载与求解326

8.3.5　后处理328

8.4　明挖法施工过程仿真分析332

8.4.1 单线地铁区间明挖隧道设计概述332

8.4.2　有限元模型建立333

8.4.3　加载与自重应力场模拟341

8.4.4　施工过程仿真分析344

8.5　计算结果分析379

8.6　本章小结380

第9章　地铁盾构隧道管片结构设计力学分析382

9.1　盾构隧道管片衬砌结构设计概述382

9.2　模拟管片衬砌结构的力学模型385

9.2.1　载荷—结构模型385

9.2.2　管片衬砌力学模型386

9.3　管片衬砌结构力学分析过程387

9.3.1 前处理387

9.3.2　加载与求解392

9.3.3　后处理395

9.4　内力和变形特征分析401

9.5　本章小结401

第10章　地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析402

10.1　盾构隧道掘进施工模拟方法402

10.2　工程概述及有限元模型的建立403

10.3　掘进过程三维仿真分析409

10.3.1　加载与自重应力场求解409

10.3.2　加载与自重应力场求解411

10.4　计算结果分析418

10.5　本章小结423

参考文献425