近年来,很多城市都在大规模修建地铁和下穿隧道,同时随着我国城镇化建设地不断推进和城市建设地不断完善,浅埋隧道在实际工程中使用的越来越多,相关的计算和设计需求也较大,同时在传统的手写计算中,隧道结构的计算和设计往往存在计算繁琐,效率低而且容易出错的问题。为了提高浅埋隧道结构的计算和设计的效率和精确性,本文通过采用查阅文献和计算咨询的办法,使用有限元计算方法和MATLAB设计方法,研究基于MATLAB语言和有限元法将浅埋城市公路隧道的数值计算和配筋设计整体编辑成为交互式应用系统。用户可以在系统中输入相关参数,建立截面模型,点击运行按钮开始计算,完成隧道受力的数值计算和配筋计算,最后生成隧道截面的应变图,应力图,位移图和配筋图等数据图,同时将配筋图输出成为CAD文件。本文研究设计的系统可以在保证计算正确性的前提下,明显提高计算速度和精确性度,具有较好的经济实用价值。本文的具体工作和成果主要体现在以下方面。(1)通过阅读文献,作者围绕研究内容在本文中综述了国内外专家学者关于隧道在计算和设计方面的研究情况,介绍了隧道结构计算理论的发展历史,对比了MATLAB语言和C语言各自的应用优势。从论文相关论述中可以看出,越来越多的国家把有限元理论用于隧道结构的计算和设计中,同时也可以看出MATLAB在矩阵运算和程序编辑中的优势,进而围绕着研究内容论述了本文选题的工程背景、研究目的及意义,总结形成出了本文的技术路线。(2)隧道结构计算设计理论作为编辑隧道程序的依据来源和理论基础,在这部分本文作者详细分析了帮助完成隧道结构设计计算的两个计算理论和规范构造要求。两个计算理论包括:有限元计算理论和配筋计算理论理论;其中有限元计算理论主要分析了:单元刚度矩阵计算,单元面积矩阵计算,集成整体刚度矩阵,荷载分析和移置,集成整体荷载矩阵,处理边界条件,建立基本方程求解各节点位移矩阵,求解出各单元的应力应变,计算出各单元的内力和位移;其中配筋计算理论主要分析了:大偏心配筋计算和小偏心配筋计算。规范要求主要来自于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)和《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),规范中包括的构造要求主要有:截面形式及尺寸的构造要求,材料强度的构造要求,纵筋的构造要求,箍筋的构造要求,裂缝控制验算要求。(3)MATLAB程序设计理论是将计算理论编辑成为应用程序的核心过程,在这部分本文作者将详细分析浅埋隧道应用系统的各个编辑过程,包括系统会使用到的MATLAB主要设计命令,数值计算和配筋计算中各部分的MATLAB设计,GUI界面设计三个步骤。其中MATLAB主要设计命令包括:for循环语句,if条件语句,函数定义和调用,矩阵相关运算;数值计算和配筋计算中各部分的MATLAB设计包括:单元刚度矩阵计算子程序,单元面积矩阵计算子程序,集成整体刚度矩阵子程序,荷载分析移置集成矩阵子程序,处理边界条件子程序,建立基本方程求解各节点位移矩阵,求解应力应变子程序,计算内力子程序,计算位移子程序,大偏心配筋计算子程序,小偏心配筋计算子程序,绘图子程序;GUI界面设计子程序包括:静态文本框设计,动态文本框设计,图形显示设计,运行按钮设计。(4)将总体内容集成为整体应用系统,同时使用abuaqus进行对比分析。整体设计过程包括:输入参数设计,建模划分网格,荷载分析和移置,建立基本方程,处理边界条件,完成数值计算,绘制应变图、应力图、配筋计算绘制配筋图。然后分别对浅埋隧道的矩形截面、直墙拱形截面、圆形截面、双曲墙拱截面、双直墙拱截面和双圆截面等进行演示分析。最后使用abuaqus模拟对比分析,两者的计算数据和图像显示一致,验证应用程序计算的正确性。