050隧道衬砌结构计算课件.ppt

;;;;;;;;;;;;;;;隧规P28：表6.1.1 作用在隧道结构上的荷载 ;;;;第二节 半衬砌的计算;;4、单位变位及荷载变位的计算 由结构力学求变位的方法（轴向力与剪力影响忽略不计）知道：;4、单位变位及荷载变位的计算 ;5、拱脚位移计算 ⑴ 单位力矩作用时;⑵ 单位水平力作用时 单位水平力可以分解为轴向分力 和切向分力 ，计算时只需考虑轴向分力的影响，作用在围岩表面的均布应力 和拱脚产生的均匀沉陷 为：;（3） 外荷载作用时 在外荷载作用下，基本结构中拱脚点处产生弯矩 和轴向力 ，如图所示，拱脚截面的转角 和水平位移 为： ;(4) 拱脚位移 拱脚的最终转角 和水平位移 可分别考虑 和外荷载的影响，按叠加原理求得，可表示为： ;;;;第三节 曲墙式衬砌计算 ● 常用于Ⅳ～Ⅵ级围岩； ● 拱圈和曲边墙作为一个整体按无铰拱计算； ● 施工时仰拱是在无铰拱业已受力之后修建的，不考虑仰拱对衬砌内力的影响 ；;1 计算假设 ⑴ 在主动荷载作用下，顶部衬砌向隧道内变形而形成脱离区，两侧衬砌向围岩方向变形，引起围岩对衬砌的被动弹性抗力 ⑵ 上零点b（即脱离区与抗力区的分界点）与衬砌垂直对称中线的夹角假定为 ⑶ 下零点a在墙脚 ;⑷ 最大抗力点h假定发生在最大跨度处附近，计算时一般取 为简化计算可假定在分段的接缝上。 ⑸ 抗力图形的分布假定为二次抛物线 ;;2 、主动荷载作用下的力法方程和衬砌内力;2 、主动荷载作用下的力法方程和衬砌内力;求得 后，在主动荷载作用下，衬砌内力即可计算：;;3、最大抗力值的计算 ●先求出 和 ●变位由两部分组成，即结构在荷载作用下的变位和因墙底变位（转角）而产生的变位之和 ;● h点所对应的 ，则该点的径向位移约等于水平位移 ● 拱顶截面的垂直位移对h点径向位移的影响可以忽略不计 按照结构力学方法，在h点加一单位力 ，可以求得 和 ;4、在单位抗力作用下的内力 将抗力图 视为外荷载单独作用时，未知力 及 可以参照 及 的求法得出 ;5、衬砌最终内力计算及校核计算结果的正确性 衬砌任一截面最终内力值可利用叠加原理求得：;;;;;;;;;;;;;;;;5.5 直墙式衬砌计算 ;5.5直墙式衬砌计算 1、计算原理 ⑴ 拱圈按弹性无铰拱计算，边墙按弹性地基上的直梁计算，并考虑边墙与拱圈之间的相互影响； ⑵ 边墙支承拱圈并承受围岩压力； ⑶ 拱脚区段的弹性抗力假定为二次抛物线分布;;⑷ Winkler假定成立，即 ⑸ 拱脚位移考虑边墙顶变位的影响;2、边墙的计算 ——弹性地基上的直梁 ⑴ 直边墙计算分类： ● 刚性边墙 ● 短边墙 ● 长边墙 ⑵ 边墙为短梁的计算： 短梁的一端受力及变形对另一端有影响，计算墙顶变位时，要考虑到墙脚的受力和变形的影响。;● 墙顶在单位弯矩 单独作用下，墙顶的转角 和水平位移 为 ;;;其中 为基底弹性抗力系数；k是侧向弹性抗力系数； 是基底作用有单位力矩时所产生的转角；h为边墙的侧面高度； 最后结果为： ;;⑶ 长边墙计算——弹性地基上的半无限长梁，墙顶受力与墙底无关，上述公式可得到一定的简化。 墙项单位位移可以简化为： ;⑷ 边墙为刚性梁;● 边墙本身不产生弹性变形，在外力作用下只产生刚体位移，即只产生整体下沉和转动，墙底处为零，墙顶处为最大值为： ;5.6 衬砌截面强度验算 1、衬砌结构检算 目前我国公路隧道设计规范规定，隧道衬砌和明洞应按破损阶段检算构件截面强度。结构抗裂有要求时，对混凝土构件进行抗裂验算，对钢筋混凝土构件应验算其裂缝宽度。;;;2、根据混凝土和石砌材料的极限强度，计算出偏心受压构件的极限承载能力，与构件实际内力相比较，计算截面的抗压（或抗拉）强度安全系数K。检查是否满足规范所要求的数值，即： ;混凝土和砌体结构的强度安全系数 ;3、轴向力偏心距要求 整体式衬砌的混凝土偏心受压构件，其轴向力的偏心距不宜大于截面厚度的0.45倍； 对于半路堑式明洞外墙、棚式明洞外墙和砌体偏心受压构件，则不应大于截面厚度的0.3倍 。 基底偏心距：岩石地基≤B/5~B/4，土质地基 ≤B/6（B为墙底厚度）;4、强度验算 ⑴ 对混凝土和石砌矩形截面构件，当 时，按抗压强度控制承载能力，并用下式计算