地下结构课程设计公式.docVIP

设计资料 拟建一条铁路隧道，埋深35m，长2km，穿过花岗岩地带。为了满足使用需求，隧道净跨为12m，净高为8m。花岗岩单轴抗压强度为180MPa，内摩擦角度为50°，容重为30KN/m3，弹性抗力系数为1.0×106KN/m3。拟采用贴壁式直墙拱形衬砌结构进行支护，衬砌材料拟用C25混凝土浇筑，混凝土容重为24KN/m3，弹性模量E=2.8×104MPa，取厚度方向b=1m进行设计。 请给出具体的设计方案。备注，如果是深埋隧道，采用普氏地压理论计算；如果是浅埋，采用松散体理论计算地压。 初步设计方案 拱圈矢跨比 拱顶厚度 拱脚及边墙厚度 判断深埋或浅埋 比较与与大小，若，则为深埋，反之为浅埋 本题为浅埋 几何尺寸计算 主动荷载 根据松散体地压理论，垂直均布荷载和水平均布荷载分别为 水平均布荷载取 结构内力分析 基本结构的单位变位 基本结构拱脚刚性固定时拱圈的单位变位 系数为 拱圈单位变位为 墙顶单位变位（拱脚弹性固定系数） 取纵向计算宽度，则 墙顶单位变位按弹性地基长梁计算，当时，为 基本结构的单位变位 主动荷载作用下基本结构荷载变位 基本结构拱脚刚性固定时拱圈的载变位，系数为 代入载变位计算公式得 主动荷载载变位为 墙顶载变位 作用于边墙上的荷载，有水平均布荷载及拱圈传来的弯矩、竖向力和水平力，后者为 基本结构墙顶的载变位，为 主动荷载作用下基本结构载变位 主动荷载作用下多余未知力计算 由多余未知力计算公式，得主动荷载下多余未知力为 弹性抗力作用下基本结构的载变位 基本结构拱脚刚性固定时拱圈载变位，系数为 弹性抗力作用下基本结构拱脚刚性固定时拱圈载变位为 墙顶载变位，此时墙顶的载变位，仅由拱圈弹性抗力传来的弯矩、竖向力及水平力引起，系数为 弹性抗力作用下墙顶荷载为 拱圈弹性抗力作用下，基本结构墙顶的载变位为 弹性抗力作用下，基本结构载变位 弹性抗力=1作用下多余未知力计算 由多余未知力计算公式，得弹性抗力作用下多余未知力为 计算弹性抗力 拱脚弹性抗力计算公式为 联立上述公式，得拱脚弹性抗力为 计算总的多余未知力 计算拱圈截面内力 将拱圈分成10等分，计算各截面内力 其中 为拱圈弹性抗力使基本结构拱圈内任一截面产生的轴力及弯矩，仅才存在。 计算边墙截面内力 将边墙分为10等分，计算各截面内力及变形 其中 墙底无扩基时取，这时的及很小，可以略去其影响 计算结果 拱圈内力计算结果 截面 拱顶 0 0 0 0 487.1863031 4669.649172 1 0.090045119 5.159205299 0.715511874 0449.1140863 4693.140634 2 0.180090239 10.3184106 1.425226208 0.128682644 338.8143111 4762.51769 3 0.270135358 15.4776159 2.123392437 0.288558577 167.8891529 4874.526589 4 0.360180477 20.6368212 2.804353569 0.510568343 -445023.870573 5 0.450225596 253.462592014 0.792913074 -273.9214966 5203.394769 6 0.540270716 304.092774301 1-488.5011622 5404.336444 7 0.630315835 364.689794284 1.528986137 -653.2562045 5616.632388 8 0.720360954 415.248814522 1.976750329 -729.8952311 5829.273283 9 0.810406073 465.765305472 2.472969532 -678.8484597 6030.666932 拱脚 0.900451193 516.235082189 3.013623058 -852.2458283 6258.503327 边墙内力计算结果 截面 墙顶 0 -1204.609097 5427.836548 3227.670201 3.565674 17.00417 1 0.518637694 135437.172027 1564.8983